Вокруг Света 2007 № 05 (2800) - [5]

Среди частиц ливня есть электроны и мюоны, часть из которых добирается до поверхности Земли. Пролетая сквозь прозрачный пластиковый (а иногда — жидкий) детектор, они вызывают в нем вспышки — сцинтилляции. Это излучение можно заметить с помощью фотоумножителей. Используя данные множества детекторов, ученые восстанавливают картину мощного ШАЛ. По этим данным можно вычислить энергию и направление, откуда прилетела первичная частица, — тот самый «посланник неведомых богов», который и стал причиной ШАЛ.

В американском проекте HiRes использовался совсем другой принцип регистрации. Электроны, рождающиеся в ходе развития ШАЛ, возбуждают молекулы азота в атмосфере. Спустя некоторое время атомы возвращаются в исходное состояние, высвечивая полученную энергию в видимом диапазоне спектра. Это свечение называется флуоресценцией. По наблюдениям флуоресценции наземными телескопами рассчитывают энергию исходных частиц. Для большей эффективности в эксперименте HiRes были построены две зеркальные системы на расстоянии 12 километров друг от друга. Наблюдение ливня с двух точек позволяет лучше определить его параметры.

Японская установка закончила сбор данных в 2004 году. На тот момент экспериментаторы достаточно четко заявляли о том, что они не видят ГЗК-завала в спектре космических лучей. Однако американская установка давала другой результат. По ее данным, резкое падение числа частиц с ростом энергии имеет место. Об этом было заявлено в 2006 году, когда закончился сбор данных по проекту HiRes. А недавно ученые, работающие с проектом AGASA, решили пересмотреть свои выводы. В итоге пришлось констатировать, что AGASA и HiRes не могут дать окончательного ответа на вопрос о том, есть ли ГЗК-завал в распределении частиц по энергиям или его нет. И теперь надежды астрофизиков раскрыть загадку происхождения суперчастиц связаны с новой гигантской обсерваторией в Аргентине.

Гигант на плечах карликов

Обсерватория имени Пьера Оже объединяет достоинства AGASA и HiRes, существенно превосходя их по масштабам. На сегодняшний день это единственный проект, который будет способен регулярно детектировать частицы сверхвысоких энергий. В аргентинской прерии будет установлено 1 600 водных черенковских детекторов. Это почти в пятнадцать раз больше числа детекторов в проекте AGASA. Каждый детектор представляет собой бак, содержащий 11 тонн дистиллированной воды. Влетая в воду, частицы ШАЛ начинают испускать так называемое черенковское излучение, впервые описанное в работах советских физиков С.И. Вавилова и П.А. Черенкова. Детекторы разбросаны по площади 3 000 км2 на расстоянии около 1,5 километра друг от друга, а небо над ними дополнительно просматривают 24 телескопа, сгруппированных в четыре станции. Каждый из этих телескопов превосходит использовавшиеся в проекте HiRes. Правда, эти телескопы могут вести наблюдения только ясными безлунными ночами, а водные детекторы работают постоянно. В итоге только около 10% частиц удается зафиксировать с помощью двух методов сразу.

Для точного определения координат на небе, откуда прилетела первичная частица, требуется с очень высокой точностью определять моменты регистрации ШАЛ различными детекторами. Для этого все они оснащены устройствами системы глобального позиционирования GPS. Эта система помимо координат, которые в данном случае не меняются, способна также передавать и точное время. Оптическая система для наблюдений флуоресценции регулярно проверяется с помощью лазеров, которые помогают контролировать состояние атмосферы, а также могут создавать вспышки с известными параметрами для тестирования наблюдательной системы.

Соединение в одном эксперименте двух подходов — использования наземных детекторов и наблюдения атмосферной флуоресценции — позволяет уменьшить неопределенность при расчете энергии частицы. Надо отметить, что это не первый случай использования гибридного подхода в наблюдениях космических лучей. Подобная установка работает, например, в Якутии. Однако обсерватория Оже гораздо больше и совершеннее. Уже сейчас, когда смонтированы еще не все детекторы, новая обсерватория сравнялась с AGASA и HiRes по объему и точности получаемых данных.

В создании обсерватории участвуют 55 научных организаций из 15 стран. Интересно отметить, что пока установки для регистрации космических лучей, даже такие гигантские, как Оже, не относятся к числу самых дорогих приборов, стоящих на вооружении современной науки. Общая стоимость проекта составляет около 50 миллионов долларов. Дело в том, что наземные детекторы достаточно дешевы, и сделать их даже в большом количестве не так уж трудно. Телескопы для наблюдения флуоресценции также гораздо дешевле своих собратьев типа телескопов Кека или VLT.

Обсерватория Оже в Аргентине — это, возможно, только первая половина всего проекта. Планировалось, что кроме южной обсерватории будет и северная — в США. Ведь чрезвычайно важно наблюдать все небо, а из Пампа-Амарилья (Pampa Amarilla) недоступна северная его часть. Зато там можно наблюдать центр нашей Галактики, который был практически недоступен для AGASA и многих других проектов в Северном полушарии. Это важно, поскольку не исключено, что происхождение космических лучей сверхвысоких энергий связано с нашей Галактикой. Однако более вероятной пока считается внегалактическая версия их происхождения.