Credito d'immagine: Fermilab
Il centesimo rivelatore per l'osservatorio Pierre Auger è stato recentemente completato, rendendo l'array il più grande rivelatore di raggi cosmici del mondo. Una volta che funziona, il rivelatore dovrebbe essere in grado di catturare alcune delle particelle di raggi cosmici più energiche: colpiscono un'area di 2,5 chilometri quadrati solo una volta all'anno. Il mistero di queste particelle ad alta energia è che gli astronomi non hanno idea di cosa nell'Universo possa crearle. I piani a lungo termine per l'osservatorio dovrebbero infine avere 1.600 rilevatori entro il 2005.
Con il completamento del suo centesimo rivelatore di superficie, l'Osservatorio Pierre Auger, in costruzione in Argentina, questa settimana è diventato il più grande array di docce a raggi cosmici al mondo. Gestito dagli scienziati del Fermi National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell'Energia, il progetto Pierre Auger finora comprende una serie di rivelatori di 70 miglia quadrate che stanno monitorando i processi più violenti e forse più sconcertanti dell'intero universo.
I raggi cosmici sono particelle extraterrestri - di solito protoni o ioni più pesanti - che colpiscono l'atmosfera terrestre e creano cascate di particelle secondarie. Mentre i raggi cosmici si avvicinano alla terra con una gamma di energie, gli scienziati hanno a lungo creduto che la loro energia non potesse superare i 1020 volt di elettroni, circa 100 milioni di volte l'energia del protone ottenibile nel Tevatron di Fermilab, il più potente acceleratore di particelle al mondo. Ma recenti esperimenti in Giappone e Utah hanno rilevato alcuni di questi raggi cosmici ad altissima energia, sollevando domande su quali eventi straordinari nell'universo avrebbero potuto produrli.
"In che modo la natura crea le condizioni per accelerare una minuscola particella a tale energia?" ha chiesto Alan Watson, professore di fisica all'Università di Leeds, nel Regno Unito, e portavoce della collaborazione Pierre Auger di 250 scienziati provenienti da 14 paesi. "Tracciare queste particelle ad alta energia alle loro fonti risponderà a questa domanda."
La teoria scientifica può spiegare le fonti dei raggi cosmici a bassa e media energia, ma l'origine di questi rari raggi cosmici ad alta energia rimane un mistero. Per identificare i meccanismi cosmici che producono particelle microscopiche ad energia macroscopica, la collaborazione di Pierre Auger sta installando un array che comprenderà in definitiva 1.600 rilevatori di superficie in un'area della Pampa Amarilla argentina delle dimensioni di Rhode Island, vicino alla città di Malarg? E, circa 600 miglia a ovest di Buenos Aires. I primi 100 rilevatori stanno già sorvegliando il cielo meridionale.
"Questi raggi cosmici di massima energia sono messaggeri dell'universo estremo", ha dichiarato il vincitore del Premio Nobel Jim Cronin, dell'Università di Chicago, che ha concepito l'esperimento Auger insieme a Watson. "Rappresentano una grande opportunità per le scoperte."
I raggi cosmici a più alta energia sono estremamente rari, colpendo l'atmosfera terrestre circa una volta all'anno per miglio quadrato. Una volta completato nel 2005, l'osservatorio Pierre Auger coprirà circa 1.200 miglia quadrate (3.000 chilometri quadrati), consentendo agli scienziati di catturare molti di questi eventi.
"Il nostro esperimento riprenderà da dove si è interrotto l'esperimento AGASA", ha dichiarato il responsabile del progetto Paul Mantsch, Fermilab, riferendosi all'esperimento Akeno Giant Air Shower Array (AGASA) in Giappone. “Alle massime energie, i risultati sorprendenti dei due più grandi esperimenti sui raggi cosmici sembrano essere in conflitto. AGASA vede più eventi dell'esperimento HiRes nello Utah, ma le statistiche di entrambi gli esperimenti sono limitate. "
Il progetto Pierre Auger, che prende il nome dal fisico pioneristico francese che per primo osservò docce a cielo aperto nel 1938, combina i metodi di rilevamento utilizzati negli esperimenti giapponese e Utah. I rilevatori di superficie sono distanziati di un miglio. Ogni unità di superficie è costituita da un serbatoio cilindrico alto 4 piedi riempito con 3000 galloni di acqua pura, un pannello solare e un'antenna per la trasmissione wireless dei dati. I sensori registrano le valanghe di particelle invisibili, innescate a un'altitudine di sei-dodici miglia appena microsecondi prima, mentre raggiungono il suolo. Le docce a particelle colpiscono più carri armati quasi contemporaneamente.
Oltre ai serbatoi, il nuovo osservatorio sarà caratterizzato da 24 telescopi a fluorescenza di tipo HiRes in grado di captare il debole bagliore ultravioletto emesso dalle docce aeree a mezz'aria. I telescopi a fluorescenza, che possono funzionare solo durante le notti buie e senza luna, sono abbastanza sensibili da raccogliere la luce emessa da una lampada da 4 watt che viaggia a sei miglia di distanza quasi alla velocità della luce.
"È davvero bello avere un sistema ibrido", ha affermato Watson. “Possiamo guardare le docce aeree in due modalità. Possiamo misurare la loro energia in due modi indipendenti. "
La collaborazione di Pierre Auger sta preparando una proposta per un secondo sito del suo osservatorio, che avrà sede negli Stati Uniti. Con lo stesso design del sito argentino, il secondo array di rivelatori avrebbe scansionato il cielo settentrionale alla ricerca delle sorgenti dei più potenti raggi cosmici.
I finanziamenti per l'osservatorio Pierre Auger da 55 milioni di dollari in Argentina provengono da 14 nazioni membri. Gli Stati Uniti contribuiscono per il 20 percento al costo totale, con il supporto fornito dall'Ufficio delle Scienze del Dipartimento dell'Energia e dalla National Science Foundation. Un elenco di tutte le istituzioni partecipanti è disponibile all'indirizzo http://auger.cnrs.fr/collaboration.html
Fermilab è un laboratorio nazionale finanziato dall'Office of Science del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, gestito da Universities Research Association, Inc.
Fonte originale: comunicato stampa Fermilab
