Crédito de la imagen: Fermilab.
El detector número 100 del Observatorio Pierre Auger se completó recientemente, lo que convierte al conjunto en el detector de rayos cósmicos más grande del mundo. Una vez que está funcionando, el detector debería ser capaz de capturar algunas de las partículas de rayos cósmicos más enérgicas: solo alcanzan un área de 2.5 kilómetros cuadrados una vez al año. El misterio con estas partículas de alta energía es que los astrónomos no tienen idea de qué en el Universo podrían crearlas. Los planes a largo plazo para el observatorio es tener eventualmente 1.600 detectores para 2005.
Con la finalización de su centésimo detector de superficie, el Observatorio Pierre Auger, en construcción en Argentina, se convirtió esta semana en el conjunto de duchas de aire de rayos cósmicos más grande del mundo. Gestionado por científicos del Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi del Departamento de Energía, el proyecto Pierre Auger abarca hasta ahora una serie de detectores de 70 millas cuadradas que rastrean los procesos más violentos y quizás más desconcertantes de todo el universo.
Los rayos cósmicos son partículas extraterrestres, generalmente protones o iones más pesados, que golpean la atmósfera de la Tierra y crean cascadas de partículas secundarias. Mientras que los rayos cósmicos se acercan a la Tierra en un rango de energías, los científicos creyeron durante mucho tiempo que su energía no podría exceder los 1020 voltios de electrones, unas 100 millones de veces la energía de protones que se puede lograr en el Tevatron de Fermilab, el acelerador de partículas más poderoso del mundo. Pero experimentos recientes en Japón y Utah han detectado algunos rayos cósmicos de ultra alta energía, lo que plantea dudas sobre qué eventos extraordinarios en el universo podrían haberlos producido.
"¿Cómo crea la naturaleza las condiciones para acelerar una partícula diminuta a tal energía?" preguntó Alan Watson, profesor de física de la Universidad de Leeds, Reino Unido, y portavoz de la colaboración Pierre Auger de 250 científicos de 14 países. "El seguimiento de estas partículas de ultra alta energía de regreso a sus fuentes responderá esa pregunta".
La teoría científica puede explicar las fuentes de los rayos cósmicos de baja y media energía, pero el origen de estos raros rayos cósmicos de alta energía sigue siendo un misterio. Para identificar los mecanismos cósmicos que producen partículas microscópicas con energía macroscópica, la colaboración de Pierre Auger está instalando una matriz que finalmente comprenderá 1.600 detectores de superficie en un área de la Pampa Amarilla argentina del tamaño de Rhode Island, cerca de la ciudad de Malargë, a unas 600 millas al oeste de Buenos Aires. Los primeros 100 detectores ya están inspeccionando el cielo del sur.
"Estos rayos cósmicos de mayor energía son mensajeros del universo extremo", dijo el ganador del Premio Nobel Jim Cronin, de la Universidad de Chicago, quien concibió el experimento Auger junto con Watson. "Representan una gran oportunidad para los descubrimientos".
Los rayos cósmicos de mayor energía son extremadamente raros, golpean la atmósfera de la Tierra aproximadamente una vez al año por milla cuadrada. Cuando se complete en 2005, el observatorio Pierre Auger cubrirá aproximadamente 1,200 millas cuadradas (3,000 kilómetros cuadrados), permitiendo a los científicos capturar muchos de estos eventos.
"Nuestro experimento continuará donde el experimento AGASA se ha quedado", dijo el gerente del proyecto Paul Mantsch, Fermilab, refiriéndose al experimento de Akeno Giant Air Shower Array (AGASA) en Japón. “A las energías más altas, los sorprendentes resultados de los dos experimentos más grandes de rayos cósmicos parecen estar en conflicto. AGASA ve más eventos que el experimento HiRes en Utah, pero las estadísticas de ambos experimentos son limitadas ”.
El proyecto Pierre Auger, que lleva el nombre del pionero físico francés que observó por primera vez duchas de aire prolongadas en 1938, combina los métodos de detección utilizados en los experimentos japoneses y de Utah. Los detectores de superficie están espaciados a una milla de distancia. Cada unidad de superficie consiste en un tanque cilíndrico de 4 pies de altura lleno con 3,000 galones de agua pura, un panel solar y una antena para la transmisión inalámbrica de datos. Los sensores registran las avalanchas de partículas invisibles, activadas a una altitud de seis a doce millas, apenas microsegundos antes, cuando llegan al suelo. Las lluvias de partículas golpean varios tanques casi simultáneamente.
Además de los tanques, el nuevo observatorio contará con 24 telescopios de fluorescencia tipo HiRes que pueden captar el tenue resplandor ultravioleta emitido por las duchas de aire en el aire. Los telescopios de fluorescencia, que solo pueden operarse durante las noches oscuras y sin luna, son lo suficientemente sensibles como para captar la luz emitida por una lámpara de 4 vatios que viaja a seis millas de distancia a casi la velocidad de la luz.
"Es realmente hermoso que tengamos un sistema híbrido", dijo Watson. “Podemos ver duchas de aire en dos modos. Podemos medir su energía de dos maneras independientes ".
La colaboración de Pierre Auger está en proceso de preparar una propuesta para un segundo sitio de su observatorio, que se ubicará en los Estados Unidos. Con el mismo diseño que el sitio argentino, el segundo conjunto de detectores exploraría el cielo del norte en busca de las fuentes de los rayos cósmicos más potentes.
Los fondos para el Observatorio Pierre Auger de $ 55 millones en Argentina provienen de 14 países miembros. Estados Unidos contribuye con el 20 por ciento del costo total, con el apoyo brindado por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía y por la National Science Foundation. Una lista de todas las instituciones participantes está disponible en http://auger.cnrs.fr/collaboration.html
Fermilab es un laboratorio nacional financiado por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE. UU., Operado por Universities Research Association, Inc.
Fuente original: Comunicado de prensa de Fermilab
