Projekt Pierre Auger Observatory, Argentina

Malargue 18. listopadu 2002
psáno pro IAN

Projekt Pierre Auger Observatory

V r. 1998 se začal rozbíhat projekt výzkumu kosmického záření o ultravysokých energiích [ultrahigh energy cosmic rays - UHE CR], jehož duchovními otci jsou americký fyzik a nositel Nobelovy ceny Jim Cronin z Chicaga a britský fyzik z Leedsu Alan Watson. Smyslem projektu, který nese jméno francouzského fyzika a průkopníka výzkumu sekundárních spršek od primárních částic kosmického záření Pierra Augera, je získat solidní údaje o primárním kosmickém záření s energiemi částic nad 10 triliónů [10^19] eV.

Dosavadní detektory vybudované zejména v Japonsku a USA získaly v posledních třiceti letech údaje o několika desítkách takto energetických částic, přičemž rekordní energie činila až 320 triliónů eV. To je do značné míry překvapení, jelikož nejlepší pozemské urychlovače částic dosáhnou před koncem tohoto desetiletí energií "pouze " 10^13 eV; Matka Příroda je tudíž nejméně desetmiliónkrát schopnější a nikdo neví, jak to dělá, tj. neznáme ani teoreticky vhodné urychlovací mechanismy v kosmickém prostoru pro tak extremní energie.

Druhý problém spočívá v existenci reliktního záření, které se stává pro extrémně energetické částice smrtelnou překážkou, tj. UHE CR se při srážce s fotony reliktního záření ničí a štěpí na částice mnohem nižších energií, než pozorujeme. Jinými slovy, UHE CR musí přilétat z kosmicky malých vzdáleností do cca 50 Mpc, kde nejsou ani kvasary ani aktivní jádra galaxií jako možní kandidáti urychlovacích mechanismů. Proto je tento výzkum tak atraktivní jak pro astronomy tak pro částicové fyziky.

Česká republika se díky Fyzikálnímu ústavu AV ČR neoficiálně zapojila do této mezinárodní spolupráce již v průběhu r. 1998 a od r. 1999 je naše účast podporována Grantovou agenturou AV ČR a dalšími granty Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy, jelikož jde o nemalé finanční prostředky. Členské státy spolupráce musejí totiž přispívat do společného měšce, a to jak finančně tak zejména vývojem a konstrukcí přístrojů, elektroniky a tvorbou softwaru pro záznam a zpracování velkého objemu dat. V současné době se na projektu Auger podílí asi 300 fyziků z 18 zemí a výstavba observatoře už je v plném proudu. [viz foto]

Observatoř bude využívat dvou odlišných způsobů detekce UHE CR. Za prvé samotná sprška sekundárních částic v zemské atmosféře se prozradí krátkými záblesky modrého fluorescenčního záření, jež se dá zachytit za kvalitních bezměsíčných nocí daleko od civilizace pomocí obřích světelných Schmidtových komor. Za druhé se sekundární částice při dopadu na zemi projeví Čerenkovovým zářením v destilované vodě, a tyto záblesky lze sledovat citlivými fotonásobiči.

Projekt vyniká svou obrovitostí. Každá Schmidtova komora je fakticky největší na světě, neboť činná plocha hlavního zrcadla má čtvercový průřez 3,6 x 3,6 metru. Takových komor bude postaveno celkem 30, z toho 12 dodá Česká republika [Společná laboratoř optiky Fyzikálního ústavu a Palackého univerzity v Olomouci]. Budou umístěny po skupinách ze 6 komor v pěti strategických místech v argentinské pampě v okolí městečka Malargue na -35 stupni jižní šířky a 70 stupni zap. délky v nadmořské výšce 1500 m.

Kromě toho bude na ploše 3000 km^2 v této oblasti rozmístěno v mříži s roztečí 1,5 km celkem 1600 pozemních detektorů Čerenkovova záření. Každá nádrž pojme 12 m^3 čisté vody, sledované trojicí násobičů. Nádrže jsou vybaveny počítači na předzpracování dat a rádiovou vysílačkou a napájeny slunečními panely, neboť budou pracovat bez obsluhy po mnoho let. Je to poprvé, kdy je pro sledování UHE CR použito tohoto hybridního [zdvojeného] způsobu detekce, neboť pro extrémní energie je velmi obtížné zařízení absolutně kalibrovat a určení přesné energie primární částice je klíčové pro všechny další analýzy. Plocha pokrytá pozemními detektory převyšuje plochu dosavadních zařízení třicetkrát, takže lze očekávat i třicetkrát větší objem dat. Zařízení v argentinské pampě má začít pracovat v r. 2006 a sbírat potřebná data po dobu plných 20 roků.

V uplynulém týdnu se konala v Malargue výroční pracovní porada projektu Auger za účasti zástupců všech 18 zemí. Českou delegaci tvořili doc. RNDr. Miroslav Hrabovský, DrSc. [vedoucí SLO v Olomouci] a podepsaný. Referovali jsme zde o postupu prací u nás doma, tj. jak o pokračující výrobě zrcadlových segmentů pro Schmidtovy komory, montáži komor na observatoři, vývoji potřebného softwaru pro zpracování dat a našem příspěvku pro pozemní detektory. Zpráva českého týmu byla přijata s velkým uznáním, neboť jsme se výkonem, dodržováním specifikace a termínů dodávek, placením členského příspěvku i dalšími aktivitami zařadili mezi hlavní tahouny projektu, tj. USA, Německo, Velkou Británii a Itálii.

Protože se nám v mezidobí zejména díky dr. Janu Řídkému z FZU podařilo zvládnout i nezbytnou odbornou administrativu, byla Česká republika ve středu 13. listopadu v 12 h dopoledne místního času [doma bylo o 4 h více] jednomyslně přijata za řádného člena mezinárodního konzorcia. To nám dává právo hlasovat o všech dalších krocích konzorcia, podílet se na zpracování a vyhodnocování pozorovacích údajů i na vědeckých publikacích, které v rámci projektu postupně vzniknou. Našim mladým pracovníkům to umožní práci přímo na místě podobně jako tomu bývá na klasické astronomické observatoři. V současné době se na projektu podílí 5 vědeckých pracovníků, 11 techniků a 6 doktorandů z České republiky.

Podrobnosti lze najít na internetových adresách: www.auger.org [mezinárodní WWW] resp. www-hep2.fzu.cz/~auger/ [česká část projektu]

Český rozhlas 3 [Vltava] vysílá půlhodinovou reportáž o projektu Auger v úterý 19. listopadu od 16 h.

Jiří Grygar


Centrální budova Projektu Auger v Malargue, Argentina. Stožár s anténami slouží pro mikrovlnné spojení s pozemními detektory a pozorovatelnami se Schmidtovými komorami na ploše 50 x 60 km. [foto M. Hrabovský]


Pozemní detektory Čerenkovova záření připravené k rozvozu do pampy. Každý detektor obsahuje 12 m^3 destilované vody, tři fotonásobiče, řídící počítač, napájení slunečním panelem a anténu pro mikrovlnné spojení s centrálním počítačem. Nesmí mít na sobě žádné výstupky, jelikož argentinské krávy je začaly používat jako drbátko. [foto M. Hrabovský]


Pozorovatelna Los Leones s "okny" pro Schmidtovy komory a antenním stožárem, vzdálená asi 12 km od Malargue. Byla dohotovena jako první a užívala se v r. 2001 pro pilotní měření s prototypem fluorescenčních detektorů včetně české zrcadlové komory. [foto M. Hrabovský]


Prototyp pozemního detektoru Čerenkovova záření a parabolická anténa pro internetové spojení observatoře se světem u řídícího centra v Malargue, Argentina. [foto M. Hrabovský]


Druhá budovaná stanice pro Schmidtovy komory fluorescenčních detektorů Projektu Auger poblíž Estancie Couiheco, asi 50 km severně od Malargue. Na této stanici budou pracovat Schmidtovy komory, vybavené českými zrcadly z Olomouce. [foto M. Hrabovský]