Projekt Pierre Auger Observatory, Argentina
Malargue 18. novembra 2002
Jiří Grygar pre IAN
Článok bol preložený a prevzatý so súhlasom IAN a autora článku.
V r. 1998 sa začal rozbiehať projekt výskumu kozmického žiarenia o ultravysokých energiách [ultrahigh energy cosmic rays - UHE CR], ktorého duchovnými otcami sú americký fyzik a nositeľ Nobelovej ceny Jim Cronin z Chicaga a britský fyzik z Leedsu Alan Watson. Zmyslom projektu, ktorý nesie meno francúzskeho fyzika a priekopníka výskumu sekundárnych spŕšiek od primárnych častíc kozmického žiarenia Pierra Augera, je získať solídne údaje o primárnom kozmickom žiarení s energiami častíc nad 10 triliónov [10^19] eV.
Doterajšie detektory vybudované najmä v Japonsku a USA získali v posledných tridsiatich rokoch údaje o niekoľkých desiatkach takto energetických častíc, pričom rekordná energia činila až 320 triliónov eV. To je do značnej miery prekvapenie, pretože najlepšie pozemské urýchľovače častíc dosiahli pred koncom tohoto desaťročia energiu "len " 10^13 eV; Matka Príroda je teda najmenej desaťmiliónkrát schopnejší a nikto nevie, ako to robí, teda nepoznáme ani teoreticky vhodné urýchľovacie mechanizmy v kozmickom priestore pre tak extrémne energie.
Druhý problém spočíva v existencii reliktného žiarenia, ktoré sa stáva pre extrémne energetické častice smrteľnou prekážkou, tj. UHE CR sa pri zrážke s fotónmi reliktného žiarenia ničí a štiepi na častice veľké množstvom nižších energií, než pozorujeme. Inými slovami, UHE CR musí prilietavať z kozmicky malých vzdialeností do cca 50 Mpc, kde nie sú ani kvazary ani aktívne jadrá galaxií ako možní kandidáti urýchľovacích mechanizmov. Preto je tento výskum tak atraktívny ako pre astronómov, tak pre časticových fyzikov.
Česká republika sa vďaka Fyzikálnemu ústavu AV ČR neoficiálne zapojila do tejto medzinárodnej spolupráce už v priebehu r. 1998 a od r. 1999 je jej účasť podporovaná Grantovou agentúrou AV ČR a ďalšími grantami Ministerstva školstva, mládeže a telovýchovy ČR, nakoľko ide o nemalé finančné prostriedky. Členské štáty spolupráce musia totiž prispievať do spoločného mešca, a to ako finančne, tak aj hlavne vývojom a konštrukciou prístrojov, elektroniky a tvorbou softwaru pre záznam a spracovanie veľkého objemu dát. V súčasnej dobe (2002) sa na projektu Auger podieľa asi 300 fyzikov z 18 štátov a výstavba observatória je už v plnom prúde.
Observatórium bude využívať dva odlišné spôsoby detekcie UHE CR. Za prvé samotná spŕška sekundárnych častíc v zemskej atmosfére sa prezradí krátkymi zábleskami modrého fluorescenčného žiarenia, ktoré sa dá zachytiť za kvalitných bezmesačných nocí ďaleko od civilizácie pomocou obrých svetelných Schmidtových komôr. Za druhé, sekundárne častice sa pri dopade na zemi prejavia Čerenkovovým žiarením v destilovanej vode, a tieto záblesky sa dajú sledovať citlivými fotonásobičmi.
Projekt vyniká svojou veľkosťou. Každá Schmidtova komora je fakticky najväčšia na svete, pretože činná plocha hlavného zrkadla má štvorcový prierez 3,6 x 3,6 metra. Takýchto komôr bude postavených celkom 30, z toho 12 dodá Česká republika [Spoločné laboratórium optiky Fyzikálneho ústavu a Palackého univerzity v Olomouci]. Budú umiestnené po skupinách zo 6 komôr v piatich strategických miestach v argentínskej pampe v okolí mestečka Malargue na -35 stupni južnej šírky a 70 stupni záp. dĺžky v nadmorskej výške 1500 m.
Okrem toho bude na ploche 3000 km^2 v tejto oblasti rozmiestnených v mreži s rozptylom 1,5 km celkovo 1600 pozemných detektorov Čerenkovovho žiarenia. Každá nádrž prijme 12 m^3 čistej vody, sledovanej trojicou násobičov. Nádrže sú vybavené počítačmi na predspracovanie dát a rádiovou vysielačkou a napájané sú slnečnými panelmi, pretože budú pracovať bez obsluhy veľké množstvo rokov. Je to po prvý raz, kedy je kvôli sledovaniu UHE CR použitý tento hybridný [zdvojený] spôsob detekcie, pretože pre extrémne energie je veľmi obtiažne zariadenie absolútne kalibrovať a určenie presnej energie primárnej častice je kľúčové pre všetky ďalšie analýzy. Plocha pokrytá pozemnými detektory prevyšuje plochu doterajších zariadení tridsaťkrát, takže môžeme očakávať aj tridsaťkrát väčší objem dát. Zariadenie v argentínske pampe má začať pracovať v r. 2006 a zbierať potrebné dáta po dobu plných 20 rokov.
Koncom roku 2002 sa konala v Malargue výročná pracovná porada projektu Auger za účasti zástupcov všetkých 18 štátov. Českú delegáciu tvorili doc. RNDr. Miroslav Hrabovský, DrSc. [vedúci SLO v Olomouci] a Dr. Jiří Grygar. Referovali sme tu o postupu prác u nás doma, tj. ako o pokračujúcej výrobe zrkadlových segmentov pre Schmidtove komory, montáži komôr na observatórium, vývoji potrebného softwaru pre spracovanie dát a našom príspevku pre pozemné detektory. Správa českého týmu bola prijatá s veľkým uznaním, pretože sme sa výkonom, dodržovaním špecifikácie a termínov dodávok, platením členského príspevku aj ďalšími aktivitami zaradili medzi hlavných "ťahúňov" projektu, tj. medzi USA, Nemecko, Veľkú Britániu a Taliansko.
Pretože sa nám v medziobdobí najmä vďaka dr. Janu Řídkému z FZU podarilo zvládnuť aj nevyhnutnú odbornú administratívu, bola Česká republika v stredu 13. novembra 2002 napoludnie miestneho času [doma bolo o 4 h viac] jednohlasne prijatá za riadneho člena medzinárodného konzorcia. To nám dáva právo hlasovať o všetkých ďalších krokoch konzorcia, podieľať sa na spracovaní a vyhodnocovaní pozorovacích údajov, aj na vedeckých publikáciách, ktoré v rámci projektu postupne vzniknú. Naším mladým pracovníkom to umožní prácu priamo na mieste podobne, ako je tomu na klasickej astronomickej hvezdárni. V súčasnej dobe (2002) sa na projekte podieľa 5 vedeckých pracovníkov, 11 technikov a 6 doktorandov z Českej republiky.
Podrobnosti môžete nájsť na internetových adresách: www.auger.org [medzinárodní WWW] resp. www-hep2.fzu.cz/~auger/ [česká časť projektu]
Jiří Grygar