Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Аргентинадағы халықаралық ғарыш сәулелер обсерваториясы
International cosmic ray observatory in Argentina
Пьер Огер обсерваториясы – Аргентинадағы халықаралық ғарыш сәулелер обсерваториясы. Ол ультра жоғары энергиялы ғарыш сәулелерін – жарық жылдамдығына жуық жылдамдықпен қозғалатын және әрқайсысының энергиясы e=18-ден асатын атомдық бөлшектерді анықтауға арналған. Жер атмосферасында мұндай бөлшектер ауа ядроларымен әрекеттесіп, түрлі басқа бөлшектерді тудырады. Бұл әсер ететін бөлшектер ("әуе душы" деп аталады) анықталып, өлшенуі мүмкін. Бірақ осы жоғары энергиялы бөлшектердің келу жиілігі шамамен ғасыр сайын 1 км² құрайды, сондықтан Огер обсерваториясы осындай оқиғалардың көп санын тіркеу үшін – Род-Айленд немесе Люксембург сияқты – үлкен аумақ құрды. Обсерватория Аргентинаның батыс Мендоса провинциясында, Анд тауларына жақын орналасқан. Құрылысы 2000 жылы басталды, обсерватория 2005 жылдан бері өндірістік деңгейдегі деректерді жинап келеді және 2008 жылы ресми түрде аяқталды. Солтүстік бөлімі АҚШ-тың оңтүстік-шығыс Колорадо штатында орналасуы және Ламар қауымдастық колледжімен бірлесіп жұмыс істеуі жоспарланған. Онда да су Черенков детекторлары мен флуоресценттік телескоптардан тұратын, 10,370 км² аумақты – Огер Оңтүстігінен 3,3 есе үлкен – қамтуға ниетті болған. Обсерватория француз физигі Пьер Виктор Огердің құрметіне аталған. Жобаны 1992 жылы Джим Кронин мен Алан Уотсон ұсынған. Бүгінде әлемнің шамамен 100 мекемесінен 500-ден астам физик Аргентинадағы нысанды күтіп-ұстау және жаңарту, өлшенген деректерді жинау және талдау үшін ынтымақтастықта жұмыс істеп жатыр. Құрылыс бюджеті 50 миллион долларды құрады, оны қатысқан 15 ел бөлісіп, әрқайсысы жалпы шығынның шағын үлесін төледі.
The Pierre Auger Observatory is an international cosmic ray observatory in Argentina designed to detect ultra high energy cosmic rays: sub atomic particles traveling nearly at the speed of light and each with energies beyond e=18. In Earth's atmosphere such particles interact with air nuclei and produce various other particles. These effect particles (called an "air shower") can be detected and measured. But since these high energy particles have an estimated arrival rate of just 1 per km2 per century, the Auger Observatory has created a detection area of —the size of Rhode Island, or Luxembourg—in order to record a large number of these events. It is located in the western Mendoza Province, Argentina, near the Andes. Construction began in 2000, the observatory has been taking production grade data since 2005 and was officially completed in 2008. The northern site was to be located in southeastern Colorado, United States and hosted by Lamar Community College. It also was to consist of water Cherenkov detectors and fluorescence telescopes, covering the area of 10,370 km2—3.3 times larger than Auger South. The observatory was named after the French physicist Pierre Victor Auger. The project was proposed by Jim Cronin and Alan Watson in 1992. Today, more than 500 physicists from nearly 100 institutions around the world are collaborating to maintain and upgrade the site in Argentina and collect and analyse the measured data. The 15 participating countries shared the $50 million construction budget, each providing a small portion of the total cost.
Физикалық жағдайы
Ғарыштан Жерге өте жоғары энергиялы ғарыштық сәулелер жетеді. Олар жеке суб-атомдық бөлшектерден (протон немесе атом ядросы) тұрады, олардың әрқайсысының энергиясы e=18-ден асып түседі. Мұндай бір бөлшек Жер атмосферасына жеткенде, ол миллиардтаған басқа бөлшектер – электрондар, фотондар және мюондар – құру арқылы өзінің энергиясын жоғалтады, олардың барлығы дерлік жарық жылдамдығымен қозғалады. Бұл бөлшектер бойлық бағытта (келіп түсетін бөлшектің траекториясына перпендикуляр) таралып, оське жақын жерде қарқындылығы жоғары болатын, алға жылжыған бөлшектер жазықтығын құрайды. Мұндай құбылыс "әуе душы" деп аталады. Атмосфера арқылы өтетін бұл бөлшектер жазықтығы адам көзімен көрінбейтін ультракүлгін сәуле шығарады, бұл флуоресценция эффектісі деп аталады және ол тікелей найзағай іздеріне ұқсас. Бұл іздерді арнайы телескоптар – флуоресценция детекторлары – жоғары жылдамдықпен суретке түсіруге болады, олар белгілі бір биіктіктен аумақты қарап тұрады. Содан кейін, бөлшектер Жер бетіне жеткенде, оларды су резервуарындағы Черенков эффектісінен туындаған көк жарықтың көмегімен анықтауға болады. Сезімтал фотоэлектрлік түтік осы соққыларды тіркете алады. Мұндай станция сулы Черенков детекторы немесе "бак" деп аталады. Аугер обсерваториясында осы аумақты қамтитын екі типтегі детекторлар бар, бұл өте жоғары дәлдікпен өлшеулер жасауға мүмкіндік береді. Егер әуе душы Жердегі бірнеше Черенков детекторларына тисе, сәуленің бағытын қарапайым геометриялық есептеулер арқылы анықтауға болады. Ұзындық осінің нүктесі әсер еткен әрбір жер станциясының тығыздығы бойынша анықталады. Соқтығысу орындарындағы уақыт айырмашылығына байланысты ось бұрышын анықтауға болады. Тек ось тік болғанда ғана барлық жер детекторлары бір уақытта сигнал береді, ал осьтің кез келген бұрылуы ең ерте және ең соңғы тіркелу арасында уақыт айырмашылығына алып келеді.
From outer space, ultra high energy cosmic rays reach Earth. These consist of single sub atomic particles (protons or atomic nuclei), each with energy levels beyond e=18. When such a single particle reaches Earth atmosphere, it has its energy dissipated by creating billions of other particles: electrons, photons and muons, all near the speed of light. These particles spread longitudinally (perpendicular to the single particle incoming route), creating a forward moving plane of particles, with higher intensities near the axis. Such an incident is called an "air shower". Passing through the atmosphere, this plane of particles creates UV light, invisible to the human eye, called the fluorescing effect, more or less in the pattern of straight lightning traces. These traces can be photographed at high speed by specialised telescopes, called Fluorescence Detectors, overlooking an area at a slight elevation. Then, when the particles reach the Earth's surface, they can be detected when they arrive in a water tank, where they cause visible blue light due to the Cherenkov effect. A sensitive photoelectric tube can catch these impacts. Such a station is called a water Cherenkov Detector or 'tank'. The Auger Observatory has both types of detectors covering the same area, which allows for very precise measurements. When an air shower hits multiple Cherenkov Detectors on the ground, the direction of the ray can be calculated using basic geometrics. The longitudinal axis point can be determined from the densities in each affected ground station. Depending on the time difference of impact places, the angle of the axis can be determined. Only when the axis would be vertical, all ground detectors register at the very same moment in time, and any tilting of the axis will cause a time difference between earliest and latest touchdown.
Бұрынғы обсерваториялар
Космикалық сәулелерді 1912 жылы Виктор Гесс ашқан. Ол Эйфель мұнарасы мен Виктор Гесс пилоттаған ыстық ауа шары қолданып, әртүрлі биіктікте ионданудың айырмашылығын өлшеді, бұл бір сәуленің атмосферада таралуының көрсеткіші болды. Күннің әсері Күн тұтылуы кезіндегі өлшемдер арқылы жоққа шығарылды. Көптеген ғалымдар осы құбылысты зерттеді, кейде тәуелсіз түрде, ал 1937 жылы Пьер Огер бұл ауа ядроларымен әрекеттесетін бір сәуле екенін және электрондық-фотондық жаңбыр тудыратынын анықтады. Осымен қатар, үшінші бөлшекті – мюонды (өте ауыр электрон сияқты қасиеттері бар) ашты.
Cosmic rays were discovered in 1912 by Victor Hess. He measured a difference in ionisation at different heights (using the Eiffel tower and a Hess manned hot air balloon), an indication of the atmospheric thinning (so spreading) of a single ray. Influence of the Sun was ruled out by measuring during an eclipse. Many scientists researched the phenomenon, sometimes independently, and in 1937 Pierre Auger could conclude in detail that it was a single ray that interacted with air nuclei, causing an electron and photon air shower. At the same time, the third particle muon was discovered (behaving like a very heavy electron).
Жер бетін анықтау (SD)
1967 жылы Лидс университеті су Черенков детекторын (немесе жер үсті станциясы; 1,2 м тереңдіктегі шағын су қоймасы; сондай-ақ резервуар деп те аталады) жасады және 200 осындай резервуарларды пайдалана отырып, 12 км² көлемдегі Хаверах паркінің анықтау аймағын құрды. Олар үшбұрышты (Y) пішіндегі жер бетінде төрттен топтастырылды, үшбұрыштар әртүрлі өлшемде болды. Обсерватория 20 жыл бойы жұмыс істеді және Аугер обсерваториясындағы жердегі анықтау жүйесінің негізгі жобалау параметрлерін анықтады. Зерттеу тобын кейінгі жылдары Алан Уотсон басқарды, ол кейіннен Аугер обсерваториясы ынтымақтастығын ұйымдастыруға бірлесіп қатысты.
In 1967 University of Leeds had developed a water Cherenkov detector (or surface station; a small water basin, 1.2 m deep; also called tank) and created a 12 km2 detection area Haverah Park using 200 such tanks. They were arranged in groups of four in a triangular (Y) ground pattern, the triangles in different sizes. The observatory worked for 20 years, and produced the main design parameters for the ground detection system at Auger Observatory. It was Alan Watson who in the later years led the research team and subsequently co initiated Auger Observatory Collaboration.
Флуоресценция детекторы (FD)
Осы арада, Вулкан ранчосынан (Нью-Мексико, 1959–1978), Fly's Eye (Дугуэй, Юта) және оның ізінен келген, "HiRes" немесе "Fly's Eye" деп аталатын Жоғары ажыратымдылықтағы Fly's Eye Космикалық сәуле детекторы (Юта университеті) флуоресценциялық детектор техникасы дамытылды. Бұл – жер бетін қарап тұрғанда ультракөк сәулелерді бақылауға реттелген оптикалық телескоптар. Ол жоғары жылдамдықпен пикселденген суреттер жасау үшін фасетті бақылауды (содан Fly's Eye атауы шыққан) пайдаланады. 1992 жылы Джеймс Кронин зерттеуге жетекшілік етті және Огер бақылау ынтымақтастығын ұйымдастырды.
Meanwhile, from the Volcano Ranch (New Mexico, 1959–1978), the Fly's Eye (Dugway, Utah) and its successor the High Resolution Fly's Eye Cosmic Ray Detector called "HiRes" or "Fly's Eye" (University of Utah), the technique of the fluorescence detector was developed. These are optical telescopes, adjusted to picture UV light rays when looking over a surface area. It uses faceted observation (hence the fly's eye reference), to produce pixeled pictures at high speed. In 1992, James Cronin led the research and co initiated the Auger Observation Collaboration.
Нәтижелер
Обсерватория 2005 жылдан бері сапалы деректер жинап келеді және 2008 жылы ресми түрде аяқталды. 2007 жылдың қарашасында Аугер жобасының тобы алдын ала нәтижелер жариялады. Олар 27 ең жоғары энергиялы оқиғаның бастапқы бағыттары белсенді галактикалық ядролардың (АГН) орналасқан жерлерімен сәйкес келетінін көрсетті. Бірақ, кейіннен алынған әлдеқайда көп деректердің нәтижесінде бастапқыда байқалған жоғары дәрежедегі сәйкестік, көбінесе статистикалық ауытқуларға байланысты болуы мүмкін екені анықталды. 2017 жылы 12 жылдық бақылаулар нәтижесінде 8 энергиядан жоғары ғарыштық сәулелердің келу бағытындағы маңызды анизотропия табылды. Бұл осы өте жоғары энергиялы ғарыштық сәулелердің шығу тегі үшін галактикадан тыс көздердің (яғни, біздің галактикамыздан тыс) болуын қолдайды (Ultra high energy cosmic ray). Дегенмен, осы ультра жоғары энергиялы ғарыш сәулелерін үдетуге қай галактикалар жауапты екені әлі белгісіз. Бұл мәселе Пьер Аугер обсерваториясының AugerPrime жаңартуымен зерттеліп жатыр. Пьер Аугер ынтымақтастығы (ақпарат тарату мақсатында) 50 ЭэВ (e=18) төмен жердегі массивтің 1 пайызын қолжетімді етті. Жоғары энергиялы оқиғаларға қосымша физикалық талдау қажет, сондықтан олар осылай жарияланбайды. Деректерді "Қоғамдық оқиғалар дисплейі" веб-сайтында қарауға болады. 2021 жылдың қазан айына дейін АҚШ-тың Мэдисон қаласында өткен 2019 жылғы Халықаралық Космикалық сәулелер конференциясында ұсынылған деректердің бір бөлігі (10 пайыз) қауымға ашық қолжетімді.
The observatory has been taking good quality data since 2005 and was officially completed in 2008. In November 2007, the Auger Project team announced some preliminary results. These showed that the directions of origin of the 27 highest energy events were correlated with the locations of active galactic nuclei (AGNs). A subsequent test with a much larger data sample revealed however that the large degree of initially observed correlation was most probably due to a statistical fluctuation. In 2017, data from 12 years of observations enabled the discovery of a significant anisotropy of the arrival direction of cosmic rays at energies above 8. This supports that extragalactic sources (i. e. outside of our galaxy) for the origin of these extremely high energy cosmic rays (see Ultra high energy cosmic ray). However, it is not yet known what type of galaxies are responsible for the acceleration of these ultra high energy cosmic rays. This question remains under investigation with the AugerPrime upgrade of the Pierre Auger Observatory. The Pierre Auger Collaboration has made available (for outreach purposes) 1 percent of the ground array events below 50 EeV (e=18). Higher energy events require more physical analysis and are not published this way. The data can be explored at the Public Event Display web site. As of October 2021, a portion of the data (10 percent) presented at the 2019 International Cosmic Ray Conference in Madison, USA, is publicly available.
Танымал мәдениетте
2007 жылдың 14 шілдесінде Аргентина обсерватория құрметіне 100 000 дана пошта маркасын шығарды. Марканың алғы жағында жер үстіндегі детектор ыдысы, артқы жағында флуоресценциялық детекторлар ғимараты және ірі әріптермен "e=20" деген жазу бейнеленген.
Argentina issued 100,000 postage stamps honouring the observatory on 14 July 2007. The stamp shows a surface detector tank in the foreground, a building of fluorescence detectors in the background, and the expression "e=20" in large lettering.