Проект Telescope Array — это международное сотрудничество с участием исследовательских и образовательных учреждений Японии, США, России, Южной Кореи и Бельгии. [1] Эксперимент предназначен для наблюдения за атмосферными ливнями, вызванными сверхвысокоэнергетическими космическими лучами, с использованием комбинации наземного массива и методов флуоресценции воздуха. Он расположен в высокогорной пустыне в округе Миллард , штат Юта , США, на высоте около 1400 метров (4600 футов) над уровнем моря.
Обсерватория Telescope Array представляет собой гибридную систему детекторов, состоящую из массива из 507 сцинтилляционных поверхностных детекторов (SD), которые измеряют распределение заряженных частиц на поверхности Земли, и трех флуоресцентных станций, которые наблюдают за ночным небом над массивом SD. [2] Каждая флуоресцентная станция также сопровождается системой LIDAR для мониторинга атмосферы. [3] Массив SD во многом похож на массив группы AGASA , но охватывает площадь в девять раз большую. Гибридная установка проекта Telescope Array позволяет одновременно наблюдать как продольное развитие, так и поперечное распределение атмосферных ливней. Когда космические лучи проходят через атмосферу Земли и вызывают атмосферный ливень , флуоресцентные телескопы измеряют сцинтилляционный свет, генерируемый при прохождении ливня через газ атмосферы, в то время как массив сцинтилляционных поверхностных детекторов замеряет след ливня, когда он достигает поверхности Земли.
В центре наземного массива находится Центральная лазерная установка, которая используется для мониторинга атмосферы и калибровки.
Поверхностные детекторы, составляющие наземный массив, активируются, когда через них проходят ионизирующие частицы из обширного атмосферного ливня. Когда эти частицы проходят через пластиковый сцинтиллятор внутри детектора, он вызывает испускание сцинтилляционных фотонов, которые затем собираются 96 волокнами, смещающими длину волны, и отправляются в фотоумножительные трубки. Электронные компоненты внутри детекторов затем фильтруют результаты, давая детекторам точность, сравнимую с точностью эксперимента AGASA. [4]
Детекторы поверхности равномерно распределены по сетке площадью 762 км 2 с расстоянием между каждым блоком 1,2 км. Каждый детектор поверхности имеет собранный вес 250 кг и состоит из источника питания, двух слоев сцинтилляционных детекторов и электроники. Электроэнергия вырабатывается солнечной панелью мощностью 120 Вт и хранится в герметичной свинцово-кислотной батарее. Система способна работать в течение одной недели в полной темноте. Каждый слой сцинтилляционного детектора изготовлен из экструдированного пластикового сцинтиллятора толщиной 1,2 см и площадью 3 м 2 .
Telescope Array имеет три станции телескопа с детекторами флуоресценции (FD). Как и в предыдущих экспериментах Fly's Eye и Fly's Eye высокого разрешения (HiRes), эти детекторы работают, измеряя свет флуоресценции воздуха, испускаемый обширным атмосферным ливнем . Каждый телескоп FD состоит из главного зеркала (состоящего из 18 меньших шестиугольных зеркальных сегментов) и камеры. Камеры состоят из 256 фотоумножительных трубок (ФЭУ), которые чувствительны к ультрафиолетовому свету, генерируемому космическим ливнем. [1]
Станции расположены в треугольнике примерно в 35 км друг от друга, а Центральный лазерный комплекс находится близко к центру треугольника. Каждая из трех станций имеет 12–14 телескопов, просматривающих диапазон от 3° до 33° возвышения . Три места называются Black Rock Mesa (BRM), Long Ridge (LR) и Middle Drum (MD). [5] Объединив данные с трех мест, можно определить первичную энергию, направление прибытия и максимальную точку продольного развития для атмосферного ливня. [1]
Центр космических лучей округа Лона и Мэри Уотсон Миллард был открыт 20 марта 2006 года. [10] Центр расположен по адресу 648 West Main Street в Дельте. Здание служит штаб-квартирой и центром обработки данных для проекта Telescope Array.
В октябре 2011 года в Центре космических лучей открылся новый центр для посетителей. В нем представлены экспозиции об истории исследований космических лучей в Юте и о Telescope Array, который расположен в пустыне к западу от Дельты. В центре также есть экспозиция о расположенном неподалеку лагере для интернированных Topaz, где во время Второй мировой войны содержались граждане США японского происхождения.
TALE — это расширение Telescope Array Low Energy. Оно предназначено для наблюдения за космическими лучами с энергией от 3×10 16 эВ до 10 19 эВ. TALE добавляет 10 новых телескопов к площадке обсерватории Middle Drum (всего 24 телескопа), расширяя вертикальное поле зрения так, что теперь оно простирается от 3 до 59 градусов по высоте. Это позволяет станции видеть развитие ливня, включая максимум ливня для событий с более низкой энергией. Это имеет решающее значение при попытке определить химический состав падающей частицы космического луча. [11]
Проект TALE также имеет градуированную заполняющую решетку сцинтилляционных станций, расположенных на расстоянии 400 и 600 м друг от друга. Затем она подключается к основной сцинтилляционной решетке Telescope Array, где сцинтилляционные детекторы находятся на расстоянии 1200 м друг от друга. Эти станции измеряют плотность заряженных частиц (след ливня) на поверхности Земли для событий с более низкой энергией, приближающейся к 3x10 16 эВ.
Проект Telescope Array RADAR (TARA) представляет собой попытку преодолеть некоторые проблемы, присущие современным методам обнаружения космических лучей. Из-за солнца, луны и погоды флуоресцентные телескопы обычно ограничены десятипроцентным рабочим циклом. Наземные массивы могут работать в течение дня, но требуют большого количества земли, что делает необходимым их строительство в отдаленных местах. Целью проекта TARA является разработка бистатической системы обнаружения радаров , которая способна поддерживать 24-часовой рабочий цикл за часть стоимости обычных систем обнаружения. [12]
В сентябре 2012 года Фонд WM Keck Foundation выделил исследователям из Университета Юты грант в размере 1 миллиона долларов на разработку бистатической системы обнаружения радаров. Эта система будет построена рядом с существующей системой Telescope Array и будет использовать аналоговые телевизионные передатчики и цифровые приемники для наблюдения за диапазоном, направлением и силой космических лучей, чтобы проследить их до точки происхождения. [13] После завершения строительства этот новый объект будет называться Радарной обсерваторией WM Keck [13] [14]