El Observatorio Pierre Auger es un observatorio internacional de rayos cósmicos en Argentina diseñado para detectar rayos cósmicos de energía ultra alta : partículas subatómicas que viajan casi a la velocidad de la luz y cada una con energías más allá10 18 eV . En la atmósfera terrestre, estas partículas interactúan con los núcleos de aire y producen otras partículas diversas. Estas partículas de efecto (llamadas " lluvia de aire ") pueden detectarse y medirse. Pero como estas partículas de alta energía tienen una tasa de llegada estimada de solo 1 por km 2 por siglo, el Observatorio Auger ha creado un área de detección de 3.000 km 2 (1.200 millas cuadradas) -el tamaño de Rhode Island o Luxemburgo- para registrar una gran cantidad de estos eventos. Está ubicado en la provincia occidental de Mendoza , Argentina , cerca de los Andes .
La construcción comenzó en 2000, [1] el observatorio ha estado tomando datos de calidad de producción desde 2005 y se completó oficialmente en 2008. El sitio norte se ubicaría en el sureste de Colorado, Estados Unidos y estaría albergado por el Lamar Community College. También consistiría en detectores de agua Cherenkov y telescopios de fluorescencia, cubriendo un área de 10.370 km 2 —3,3 veces más grande que Auger South.
El observatorio debe su nombre al físico francés Pierre Victor Auger . El proyecto fue propuesto por Jim Cronin y Alan Watson en 1992. Hoy, más de 500 físicos de casi 100 instituciones de todo el mundo [2] están colaborando para mantener y mejorar el sitio en Argentina y recopilar y analizar los datos medidos. Los 15 países participantes compartieron el presupuesto de construcción de 50 millones de dólares, y cada uno aportó una pequeña parte del costo total.
Desde el espacio exterior, los rayos cósmicos de energía ultraalta llegan a la Tierra. Estos consisten en partículas subatómicas individuales ( protones o núcleos atómicos ), cada una con niveles de energía superiores10 18 eV . Cuando una partícula de este tipo alcanza la atmósfera terrestre, su energía se disipa creando miles de millones de otras partículas: electrones , fotones y muones , todas ellas a una velocidad cercana a la de la luz. Estas partículas se propagan longitudinalmente (perpendicularmente a la ruta de entrada de la partícula individual), creando un plano de partículas que se mueve hacia delante, con intensidades más altas cerca del eje. Este incidente se denomina " lluvia de aire ". Al pasar a través de la atmósfera, este plano de partículas crea luz ultravioleta, invisible para el ojo humano, llamada efecto fluorescente, más o menos en el patrón de trazos rectos de relámpagos. Estos trazos pueden fotografiarse a alta velocidad mediante telescopios especializados, llamados detectores de fluorescencia, que dominan un área a una ligera elevación. Luego, cuando las partículas alcanzan la superficie de la Tierra, pueden detectarse cuando llegan a un tanque de agua, donde causan luz azul visible debido al efecto Cherenkov . Un tubo fotoeléctrico sensible puede captar estos impactos. Una estación de este tipo se llama detector de agua-Cherenkov o "tanque". El Observatorio Auger tiene ambos tipos de detectores cubriendo la misma área, lo que permite realizar mediciones muy precisas.
Cuando una lluvia de rayos de aire impacta en varios detectores Cherenkov en el suelo, la dirección del rayo se puede calcular utilizando geometrías básicas. El punto del eje longitudinal se puede determinar a partir de las densidades en cada estación terrestre afectada. Dependiendo de la diferencia de tiempo entre los lugares de impacto, se puede determinar el ángulo del eje. Solo cuando el eje es vertical, todos los detectores terrestres registran el mismo momento en el tiempo, y cualquier inclinación del eje causará una diferencia de tiempo entre el primer y el último impacto. [3]
Los rayos cósmicos fueron descubiertos en 1912 por Victor Hess . Midió una diferencia de ionización a diferentes alturas (utilizando la Torre Eiffel y un globo aerostático tripulado por Hess), lo que indicaba el adelgazamiento atmosférico (es decir, la dispersión ) de un solo rayo. La influencia del Sol se descartó al medir durante un eclipse. Muchos científicos investigaron el fenómeno, a veces de forma independiente, y en 1937 Pierre Auger pudo concluir en detalle que se trataba de un solo rayo que interactuaba con núcleos de aire, provocando una lluvia de electrones y fotones en el aire. Al mismo tiempo, se descubrió la tercera partícula, el muón (que se comporta como un electrón muy pesado).
En 1967, la Universidad de Leeds desarrolló un detector Cherenkov de agua (o estación de superficie ; una pequeña cuenca de agua, de 1,2 m de profundidad; también llamada tanque ) y creó un área de detección de 12 km2 en Haverah Park utilizando 200 de estos tanques. Se dispusieron en grupos de cuatro en un patrón de suelo triangular (Y), los triángulos de diferentes tamaños. El observatorio funcionó durante 20 años y produjo los principales parámetros de diseño para el sistema de detección terrestre en el Observatorio Auger. Fue Alan Watson quien en los últimos años dirigió el equipo de investigación y posteriormente co-inició la Colaboración del Observatorio Auger.
Mientras tanto, desde el Volcano Ranch (Nuevo México, 1959-1978), el Fly's Eye ( Dugway, Utah ) y su sucesor el High Resolution Fly's Eye Cosmic Ray Detector llamado "HiRes" o "Fly's Eye" ( Universidad de Utah ), se desarrolló la técnica del detector de fluorescencia . Se trata de telescopios ópticos, ajustados para captar imágenes de rayos de luz ultravioleta al observar una superficie. Utiliza la observación facetada (de ahí la referencia al ojo de la mosca), para producir imágenes pixeladas a alta velocidad. En 1992, James Cronin dirigió la investigación y co-inició la Auger Observation Collaboration.
El Observatorio Pierre Auger es único en el sentido de que es el primer experimento que combina detectores terrestres y detectores de fluorescencia en el mismo sitio, lo que permite la calibración cruzada y la reducción de los efectos sistemáticos que pueden ser peculiares de cada técnica. Los detectores Cherenkov utilizan tres grandes tubos fotomultiplicadores para detectar la radiación Cherenkov producida por partículas de alta energía que pasan a través del agua en el tanque. El tiempo de llegada de partículas de alta energía de la misma lluvia a varios tanques se utiliza para calcular la dirección de viaje de la partícula original. Los detectores de fluorescencia se utilizan para rastrear el brillo de la lluvia de partículas en el aire en noches sin nubes y sin luna, a medida que desciende a través de la atmósfera.
En 1995, en el Fermilab de Chicago, se elaboró el diseño básico del observatorio Auger. Durante medio año, muchos científicos elaboraron los requisitos principales y una estimación de costos para el proyecto Auger. [3] La superficie del observatorio tuvo que reducirse de 5000 km2 a 3000 km2 .
Cuando comenzó la construcción, se montó primero un prototipo a escala real: el conjunto de ingeniería. Este conjunto constaba de los primeros 40 detectores terrestres y un único detector de fluorescencia. Todos estaban completamente equipados. El conjunto de ingeniería funcionó durante seis meses en 2001 como prototipo; más tarde se integró en la configuración principal. Se utilizó para tomar decisiones de diseño más detalladas (como qué tipo de tubo fotomultiplicador (PMT) utilizar y los requisitos de calidad del agua del tanque) y para calibrar. [4]
En 2003, se convirtió en el detector de rayos cósmicos de energía ultraalta más grande del mundo. Está ubicado en la vasta llanura de Pampa Amarilla, cerca de la ciudad de Malargüe en la provincia de Mendoza , Argentina . La configuración básica consiste en 1600 detectores Cherenkov de agua o "tanques" (similares al experimento de Haverah Park ) distribuidos en 3000 kilómetros cuadrados (1200 millas cuadradas), junto con 24 telescopios detectores de fluorescencia atmosférica (FD; similar al High Resolution Fly's Eye ) que supervisan el conjunto de superficie.
Para apoyar las mediciones atmosféricas (mediciones FD), se agregan estaciones de apoyo al sitio:
El observatorio recoge datos de buena calidad desde 2005 y se finalizó oficialmente en 2008.
En noviembre de 2007, el equipo del Proyecto Auger anunció algunos resultados preliminares que mostraban que las direcciones de origen de los 27 eventos de mayor energía estaban correlacionadas con las ubicaciones de los núcleos galácticos activos (AGN). [6] Sin embargo, una prueba posterior con una muestra de datos mucho más grande reveló que el alto grado de correlación observado inicialmente se debía muy probablemente a una fluctuación estadística. [7]
En 2017, los datos de 12 años de observaciones permitieron descubrir una anisotropía significativa de la dirección de llegada de los rayos cósmicos a energías superiores8 × 10 18 eV . Esto apoya la idea de que las fuentes extragalácticas (es decir, fuera de nuestra galaxia ) son el origen de estos rayos cósmicos de energía extremadamente alta (véase Rayos cósmicos de energía ultraalta ). [8] Sin embargo, aún no se sabe qué tipo de galaxias son responsables de la aceleración de estos rayos cósmicos de energía ultraalta. Esta cuestión sigue siendo objeto de investigación con la actualización AugerPrime del Observatorio Pierre Auger.
La Colaboración Pierre Auger ha puesto a disposición (con fines de divulgación) el 1 por ciento de los eventos del conjunto terrestre por debajo de 50 EeV (10 18 eV ). Los eventos de mayor energía requieren un análisis más físico y no se publican de esta manera. Los datos se pueden explorar en el sitio web de Visualización de eventos públicos.
A partir de octubre de 2021, una parte de los datos (10 por ciento) presentados en la Conferencia Internacional de Rayos Cósmicos de 2019 en Madison, EE. UU., está disponible públicamente. [9]
Se realizaron investigaciones y desarrollos sobre nuevas técnicas de detección y ( [ ¿cuándo? ] hasta [¿ cuándo? ] ) [ cita requerida ] sobre posibles mejoras al observatorio, incluyendo:
AugerPrime es una importante mejora del Observatorio Pierre Auger en construcción desde 2019:
Todas estas mejoras tienen como objetivo aumentar la precisión de las mediciones del Observatorio Pierre Auger, en particular de la masa de las partículas primarias de rayos cósmicos.
Argentina emitió 100.000 sellos postales en honor al observatorio el 14 de julio de 2007. El sello muestra un tanque detector de superficie en primer plano, un edificio de detectores de fluorescencia en el fondo y la expresión "10 20 eV " en letras grandes. [10] [11]
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactivo a partir de agosto de 2024 ( enlace )
