Der Bau eines Observatoriums für kosmische Strahlung in der Wüste von Utah hat begonnen, das zehnmal empfindlicher sein sollte als frühere Instrumente. Das „Telescope Array“ besteht aus 564 tischförmigen Detektoren, die Schauer subatomarer Partikel messen, die auf die Erde fallen, wenn kosmische Strahlen mit unserer Atmosphäre interagieren. Es wird Wissenschaftlern helfen, die Quelle der kosmischen Strahlung mit ultrahoher Energie aufzudecken.
Dank zweier US-amerikanischer Behörden wird der Bau eines Observatoriums für kosmische Strahlung im Wert von 17 Millionen US-Dollar westlich von Delta, Utah, beschleunigt: Das Bureau of Land Management erteilte eine Genehmigung, und die National Science Foundation genehmigte einen Zuschuss von 2,4 Millionen US-Dollar.
Das als Teleskoparray bekannte Observatorium wird zehnmal empfindlicher sein als frühere Experimente, und wir hoffen, dass es uns ermöglicht, das Rätsel um den Ursprung dieser ultrahochenergetischen Teilchen [kosmischen Strahlen], die die Erde bombardieren, endgültig zu lösen. Sagt Pierre Sokolsky, Professor und Lehrstuhl für Physik an der Universität von Utah.
"Wir werden den leistungsstärksten Detektor für kosmische Strahlung auf der Nordhalbkugel haben", sagt Charlie Jui (ausgesprochen Ray), Professor für Physik an der Universität von Utah.
Laut Sokolsky sollte das neue Observatorium im späten Frühjahr 2007 mit den Testläufen beginnen, bis zum Spätsommer 2007 den vollen Betrieb aufnehmen und dann bis zu 10 Jahre lang forschen.
Bisher wurde das Teleskop-Array von der japanischen Regierung mit 14,4 Millionen US-Dollar finanziert. Mit dem dreijährigen Zuschuss der National Science Foundation in Höhe von 2,4 Millionen US-Dollar können Physiker der Universität von Utah Geräte von ihrem alternden hochauflösenden Observatorium für kosmische Strahlen mit Fliegenauge auf dem Dugway Proving Ground der US-Armee in die neue Einrichtung verlegen.
Strukturen und Straßen werden nur 50 Morgen des 400 Quadratmeilen großen Versuchsgeländes einnehmen.
An drei Standorten auf dem Treuhandgrundstück der Schule in Utah werden in Gebäuden „Fluoreszenzdetektoren“ untergebracht sein, bei denen es sich um Spiegel- und Aufzeichnungsinstrumente handelt, die in den Nachthimmel blicken, um schwache ultraviolette Blitze zu erzeugen, die auftreten, wenn einfallende kosmische Strahlen auf Stickstoffatome treffen, das am häufigsten vorkommende Gas in der Erdatmosphäre. Jeder der drei Standorte wird etwa 40 km von den anderen entfernt sein. Ein Gebäude der „zentralen Laseranlage“ zwischen den drei Fluoreszenzdetektorstellen sendet Laserstrahlen in den Himmel, wenn die Spiegel und Rekorder kalibriert werden müssen.
Die andere Hauptkomponente des Observatoriums ist eine „Bodenanordnung“ von 564 tischförmigen Szintillationsdetektoren, die jeweils etwa 3 Fuß hoch und 6 mal 10 Fuß breit sind. Die Geräte messen „Luftduschen“, bei denen es sich um Kaskaden subatomarer Partikel handelt, die auf die Erde fallen, wenn kosmische Strahlen in der Atmosphäre in Stickstoff einschlagen.
Die Szintillationsdetektoren werden in einem Raster über ein Gebiet von 18 mal 22 Meilen westlich von Delta verteilt. Das Bureau of Land Management ermöglicht es Wissenschaftlern, die zentrale Laseranlage zu errichten und 460 der Szintillationsdetektoren auf BLM-Land zu installieren, das 80 Prozent des Beobachtungsgeländes abdeckt. Die Genehmigung zur Installation der anderen 104 Szintillationsdetektoren wurde bereits vom Bundesstaat Utah und von privaten Landbesitzern eingeholt. Sie besitzen die restlichen 20 Prozent der weitläufigen Fläche.
Wissenschaftler kooperieren, anstatt sich zu ducken
Das neue Observatorium für kosmische Strahlung wird versuchen, eines der verwirrendsten Rätsel der Physik zu lösen: Woher stammen kosmische Strahlen mit ultrahoher Energie, subatomare Teilchen, die mit unglaublicher Energie in die Erdatmosphäre schreien?
Kosmische Strahlen sind Atomkerne - Atome ohne Elektronen - chemischer Elemente, hauptsächlich Wasserstoff und Helium. Die Atmosphäre hindert sie daran, die Erde zu treffen, und selbst wenn sie könnten, würden sie unbemerkt durch eine Person rasen. Aber wenn ein einzelner kosmischer Strahl mit ultrahoher Energie Ihren Kopf treffen könnte, würde er sich wie ein schneller Baseball anfühlen.
Einige kosmische Strahlen kommen von Sternen, die als Supernovae explodieren. Aber ultrahochenergetische kosmische Strahlen sind stärker und kommen anscheinend aus fernen Bereichen des Universums. Sokolsky vermutet, dass sie aus „aktiven galaktischen Kernen“ stammen, bei denen es sich um supermassereiche Schwarze Löcher handelt, die entstehen, wenn sich in den Zentren von Galaxien etwa 1 Milliarde kollabierte Sterne ansammeln. Andere mögliche Quellen sind Stoßwellen von kollidierenden Galaxien, verrauschte Radiowellen emittierende Galaxien, exotische Quellen wie theoretisierte kosmische Strings und der Zerfall massereicher Teilchen, die von Wissenschaftlern übrig geblieben sind, von denen Wissenschaftler sagen, dass sie das Universum vor etwa 13 Milliarden Jahren erschaffen haben.
Das Teleskop-Array wird zwei Technologien zusammenführen, bei denen die Anzahl der kosmischen Strahlen mit ultrahoher Energie, die die Erde erreichen, auffallend unterschiedlich ist. Das japanische Observatorium für kosmische Strahlung AGASA hat zehnmal mehr davon entdeckt als das hochauflösende Fliegenauge. Sokolsky sagt, dass die von AGASA gemessene große Zahl impliziert, dass die Quelle im Universum relativ nahe ist, aber es sind keine astronomischen Objekte bekannt, die die Quelle sein könnten.
Das Teleskop-Array wird daher Fluoreszenzdetektoren wie die im hochauflösenden Fliegenauge verwendeten und Szintillationsdetektoren wie die bei AGASA verwendeten enthalten.
"Dieses Experiment ist insofern einzigartig, als es die Vereinigung zweier ursprünglich konkurrierender Wissenschaftsgruppen ist: einer japanischen Gruppe und einer amerikanischen Gruppe, die ein Jahrzehnt lang zwei getrennte Experimente durchgeführt haben und zu inkompatiblen Ergebnissen geführt haben", sagt Sokolsky. "In der Geschichte derartiger wissenschaftlicher Bestrebungen ist es sicherlich ungewöhnlich, dass sie beschlossen haben, sich zusammenzuschließen und gemeinsam ein Experiment zu erstellen, um die Unterschiede zu lösen, anstatt es für immer herauszuholen."
Das hochauflösende Fliegenauge und AGASA haben das Ende ihrer Nutzungsdauer erreicht - es werden leistungsstärkere Instrumente benötigt - und die Bedienung des hochauflösenden Fliegenauges wurde nach den Terroranschlägen vom 11. September 2001 auf New York schwierig und Washington. Dugway forscht zur Verteidigung gegen chemische und biologische Waffen, und strengere Beschränkungen verhinderten, dass ausländische Studenten der Universität das Gelände besuchen.
BLM: Vermessung von Wildtieren, Verwenden Sie Copter, um einige Geräte zu installieren
Bei der Erteilung der Genehmigung forderte die BLM die Universität von Utah auf, Erhebungen über kulturelle Ressourcen, gefährdete und bedrohte Pflanzen und wild lebende Tiere wie Kit-Füchse, grabende Eulen und Raubvögel durchzuführen und diese zu schützen, sagt Sokolsky.
Die Bauherren des Observatoriums werden Hubschrauber - keine Geländefahrzeuge - einsetzen, um die Szintillationsdetektoren zu installieren, und „wir haben vereinbart, sie entweder zu Fuß oder zu Pferd zu warten“, an Orten ohne Straßenzugang, sagt Sokolsky. Hubschrauber werden eingesetzt, wenn bei einem Detektor ein großes Problem auftritt, das jedoch voraussichtlich ungewöhnlich ist. Wissenschaftler müssen auch digitale Fotos aufnehmen, wenn sie eine Detektorstelle besuchen und Änderungen im Laufe der Zeit überwachen.
Hier ist der Status verschiedener Komponenten des Teleskop-Arrays:
* Der Bau des Observatoriums begann im August 2004 an der ersten von drei Fluoreszenzdetektorstellen auf Black Rock Mesa, etwa 13 Meilen südsüdwestlich von Delta. Das Gebäude ist fertig und viele der Spiegel wurden installiert. Der Black Rock Fluoreszenzdetektor wird Ende dieses Sommers fertiggestellt sein.
* Der Bau des zweiten Fluoreszenzdetektors begann im Dezember 2005 in Long Ridge, 30 Meilen südwestlich von Delta. Das Gebäude wird bis Ende Sommer fertig sein und die Spiegel werden vor dem Winter installiert.
* Im Gegensatz zu den Black Rock Mesa- und Long Ridge-Detektoren, die mit japanischen Mitteln gebaut werden, wird der dritte Fluoreszenzdetektor von der University of Utah mit dem Zuschuss der National Science Foundation gebaut. Es heißt Middle Drum und liegt 40 km nordwestlich von Delta. Die Standortvorbereitung sollte im August beginnen. Bis Dezember sollen ein oder mehrere Gebäude mit Spiegeln fertiggestellt sein, sagt Sokolsky. Spiegel und andere Geräte müssen aus dem hochauflösenden Fliegenauge in Dugway entfernt, in einem Lagerhaus in Salt Lake City gereinigt und modifiziert und bis zum nächsten Sommer zum Standort Middle Drum transportiert werden.
* Die zentrale Laseranlage, die sich in gleichem Abstand von den drei Fluoreszenzdetektoren befindet, wird ab August gebaut und sollte innerhalb eines Monats fertiggestellt sein.
* Die Installation der Szintillationsdetektoren auf BLM-Land wird voraussichtlich Ende Juli oder Anfang August beginnen, sobald die Agentur die Ergebnisse der erforderlichen Wildtieruntersuchungen erhalten hat, sagt Sokolsky. Die ersten 200 Szintillationsdetektoren wurden bereits gebaut und auf einem Feld in Delta gelagert. Sie sehen aus wie „ein riesiges Feld voller Krankenhausbetten“, fügt er hinzu. Sie werden zu Bereitstellungsbereichen transportiert und dann von einem Hubschrauber in Position gebracht. Laut Sokolsky werden die verbleibenden 364 Szintillationsdetektoren bis Dezember installiert.
* Die Universität hat das Millard County Cosmic Ray Center in Delta eröffnet und 150.000 US-Dollar an staatlichen und privaten Mitteln für den Kauf und die Ausstattung eines Gebäudes verwendet. Die Szintillationszähler werden dort zusammengebaut und auf einem angrenzenden, gemieteten Feld gelagert. Das Zentrum wird jedoch hauptsächlich Exponate beherbergen, um die Öffentlichkeit über die Erforschung der kosmischen Strahlung zu informieren.
