Обсерватория Пьера Оже — это международная обсерватория космических лучей в Аргентине, предназначенная для обнаружения космических лучей сверхвысокой энергии : субатомных частиц, движущихся почти со скоростью света, каждая из которых имеет энергию, превосходящую скорость света.10 18 эВ . В атмосфере Земли такие частицы взаимодействуют с ядрами воздуха и производят различные другие частицы. Эти эффектные частицы (так называемые « воздушные ливни ») можно обнаружить и измерить. Но поскольку предполагаемая скорость прибытия этих частиц высокой энергии составляет всего 1 на км 2 в столетие, обсерватория Оже создала зону обнаружения площадью 3000 км 2 (1200 квадратных миль) — размером с Род-Айленд или Люксембург — чтобы зафиксировать большое количество этих событий. Он расположен в западной провинции Мендоса , Аргентина , недалеко от Анд .
Строительство началось в 2000 году, [1] обсерватория собирала данные производственного уровня с 2005 года и была официально завершена в 2008 году. Северная площадка должна была располагаться на юго-востоке Колорадо, США, и размещаться на территории муниципального колледжа Ламара. Он также должен был состоять из водно-черенковских детекторов и флуоресцентных телескопов, покрывая площадь 10 370 км 2 — в 3,3 раза больше, чем Оже-Саут.
Обсерватория была названа в честь французского физика Пьера Виктора Оже . Проект был предложен Джимом Кронином и Аланом Уотсоном в 1992 году. Сегодня более 500 физиков из почти 100 институтов по всему миру [2] сотрудничают, чтобы поддерживать и модернизировать объект в Аргентине, а также собирать и анализировать данные измерений. 15 стран-участниц разделили бюджет строительства в размере 50 миллионов долларов, каждая из которых обеспечила небольшую часть общей стоимости.
Из космоса на Землю достигают космические лучи сверхвысоких энергий. Они состоят из отдельных субатомных частиц ( протонов или атомных ядер ), каждая из которых имеет энергетические уровни за пределами10 18 эВ . Когда такая единственная частица достигает атмосферы Земли, ее энергия рассеивается, создавая миллиарды других частиц: электронов , фотонов и мюонов , скорость которых близка к скорости света. Эти частицы распространяются в продольном направлении (перпендикулярно маршруту поступления одной частицы), создавая движущуюся вперед плоскость частиц с более высокой интенсивностью вблизи оси. Такое происшествие называется « воздушным ливнем ». Проходя через атмосферу, эта плоскость частиц создает ультрафиолетовый свет, невидимый для человеческого глаза, называемый флуоресцентным эффектом, более или менее напоминающий узор прямых следов молнии. Эти следы можно сфотографировать на высокой скорости с помощью специализированных телескопов, называемых детекторами флуоресценции, которые обследуют территорию на небольшой высоте. Затем, когда частицы достигают поверхности Земли, их можно обнаружить, когда они попадают в резервуар с водой, где они вызывают видимый синий свет из-за эффекта Черенкова . Чувствительная фотоэлектрическая трубка может уловить эти удары. Такая станция называется водочеренковским детектором или «резервуаром». Обсерватория Оже оснащена детекторами обоих типов, охватывающими одну и ту же площадь, что позволяет проводить очень точные измерения.
Когда воздушный ливень попадает на несколько черенковских детекторов на земле, направление луча можно рассчитать, используя базовые геометрические понятия. Точку продольной оси можно определить по плотности на каждой затронутой наземной станции. В зависимости от разницы во времени мест ударов можно определить угол оси. Только когда ось будет вертикальной, все наземные детекторы регистрируют один и тот же момент времени, и любой наклон оси приведет к разнице во времени между самым ранним и последним приземлением. [3]
Космические лучи были открыты в 1912 году Виктором Гессом . Он измерил разницу в ионизации на разных высотах (с помощью Эйфелевой башни и воздушного шара, пилотируемого Гессом), что является показателем истончения атмосферы (такого распространения ) одного луча. Влияние Солнца было исключено путем измерений во время затмения. Многие ученые исследовали это явление, иногда независимо, и в 1937 году Пьер Оже смог подробно заключить, что это был одиночный луч, который взаимодействовал с ядрами воздуха, вызывая воздушный ливень электронов и фотонов. В то же время была открыта третья частица мюон (ведущая себя как очень тяжелый электрон).
В 1967 году Университет Лидса разработал детектор воды-Черенкова (или наземную станцию ; небольшой водный бассейн глубиной 1,2 м; также называемый резервуаром ) и создал зону обнаружения площадью 12 км 2 в парке Хавера, используя 200 таких резервуаров. Они были расположены группами по четыре человека в форме треугольника (Y), треугольники разных размеров. Обсерватория проработала 20 лет и разработала основные расчетные параметры наземной системы обнаружения обсерватории Оже. Именно Алан Уотсон в последующие годы возглавил исследовательскую группу и впоследствии стал одним из инициаторов сотрудничества обсерватории Оже.
Между тем, с ранчо Вулкан (Нью-Мексико, 1959–1978 гг.), Fly's Eye ( Дагвей, Юта ) и его преемника - детектора космических лучей высокого разрешения Fly's Eye под названием "HiRes" или "Fly's Eye" ( Университет Юты ) была разработана методика детектора флуоресценции . Это оптические телескопы, приспособленные для изображения лучей ультрафиолетового света при взгляде на поверхность. Он использует фасетное наблюдение (отсюда и ссылка на глаз мухи) для создания пиксельных изображений на высокой скорости. В 1992 году Джеймс Кронин возглавил исследование и стал одним из инициаторов сотрудничества по наблюдениям Оже.
Обсерватория Пьера Оже уникальна тем, что это первый эксперимент, который объединяет наземные детекторы и детекторы флуоресценции в одном месте, что позволяет проводить перекрестную калибровку и уменьшать систематические эффекты, которые могут быть свойственны каждому методу. Черенковские детекторы используют три большие фотоумножительные трубки для обнаружения черенковского излучения , создаваемого частицами высокой энергии, проходящими через воду в резервуаре. Время прибытия частиц высокой энергии из одного ливня в несколько резервуаров используется для расчета направления движения исходной частицы. Детекторы флуоресценции используются для отслеживания свечения воздушного потока частиц в безоблачные безлунные ночи, когда он спускается через атмосферу.
В 1995 году в Фермилабе в Чикаго был разработан базовый проект обсерватории Оже. В течение полугода многие ученые составляли основные требования и оценку стоимости проектируемого Оже. [3] Площадь обсерватории пришлось сократить с 5000 км 2 до 3000 км 2 .
Когда началось строительство, сначала был создан полномасштабный прототип: Инженерный массив. Этот массив состоял из первых 40 наземных детекторов и одного детектора флуоресценции. Все были полностью оборудованы. В 2001 году инженерный комплекс проработал 6 месяцев в качестве прототипа; Позже он был интегрирован в основную установку. Он использовался для более детального выбора конструкции (например, какой тип фотоумножителя (ФЭУ) использовать и требования к качеству воды в резервуаре) и для калибровки. [4]
В 2003 году он стал крупнейшим в мире детектором космических лучей сверхвысокой энергии . Он расположен на обширной равнине Пампа-Амарилья, недалеко от города Маларгуэ в провинции Мендоса , Аргентина . Базовая установка состоит из 1600 черенковских детекторов воды или «резервуаров» (аналогично эксперименту в Хавера-парке ), распределенных на площади 3000 квадратных километров (1200 квадратных миль), а также 24 атмосферных телескопов с детекторами флуоресценции (FD; аналогичны телескопу высокого разрешения). Fly's Eye ), наблюдающий за наземным массивом.
Для поддержки атмосферных измерений (ФД измерений) на сайт добавлены опорные станции:
Обсерватория собирает данные хорошего качества с 2005 года и была официально завершена в 2008 году.
В ноябре 2007 года команда проекта Auger объявила некоторые предварительные результаты. Они показали, что направления возникновения 27 событий с самой высокой энергией коррелировали с расположением активных ядер галактик (АЯГ). [6] Последующий тест с гораздо большей выборкой данных показал, однако, что большая степень первоначально наблюдаемой корреляции, скорее всего, была связана со статистическими колебаниями. [7]
В 2017 году данные 12-летних наблюдений позволили обнаружить значительную анизотропию направления прихода космических лучей при энергиях выше8 × 10 18 эВ . Это подтверждает наличие внегалактических источников (т.е. за пределами нашей галактики ) происхождения этих космических лучей чрезвычайно высокой энергии (см. Космические лучи сверхвысокой энергии ). [8] Однако пока неизвестно, какой тип галактик отвечает за ускорение этих космических лучей сверхвысокой энергии. Этот вопрос остается в стадии изучения в связи с модернизацией AugerPrime обсерватории Пьера Оже.
Сотрудничество Пьера Оже предоставило (для информационных целей) 1 процент событий с наземной антенной решеткой ниже 50 ЭэВ (10 18 эВ ). События с более высокими энергиями требуют более тщательного физического анализа и не публикуются таким образом. Данные можно просмотреть на веб-сайте Public Event Display.
По состоянию на октябрь 2021 года часть данных (10 процентов), представленных на Международной конференции по космическим лучам 2019 года в Мэдисоне, США, является общедоступной. [9]
Были проведены исследования и разработки новых методов обнаружения и ( [ когда? ] до [ когда? ] ) [ нужна ссылка ] возможных обновлений обсерватории, в том числе:
AugerPrime — это масштабная модернизация строящейся с 2019 года обсерватории Пьера Оже:
Все эти усовершенствования направлены на повышение точности измерений обсерватории Пьера Оже, в частности, массы первичных частиц космических лучей.
14 июля 2007 года Аргентина выпустила 100 000 почтовых марок в честь обсерватории. На марке изображен резервуар поверхностного детектора на переднем плане, здание детекторов флуоресценции на заднем плане и выражение «10 20 эВ » крупным шрифтом. [10] [11]
