Массив совпадений времени на большой территории Вашингтона

( Крупномасштабная решетка временных совпадений в Вашингтоне WALTA) — это эксперимент по физике космических лучей , проводимый Вашингтонским университетом для исследования космических лучей сверхвысокой энергии (>10 ¹⁹эВ). Программа использует детекторы, размещенные в средних школах и колледжах Сиэтла , которые связаны через Интернет, эффективно формируя обширную решетку воздушного дождя . Помимо работы над необъяснимыми уровнями потока космических лучей сверхвысокой энергии (UHECR), он надеется послужить педагогическим инструментом для увеличения участия в физике средних школ и общественных колледжей в физических экспериментах на университетском уровне. На каждом объекте имеется от трех до четырех сцинтилляционных детекторов с целью покрытия достаточного количества объектов на расстояние 200 км. ² Район вокруг города Сиэтл. WALTA является частью более крупного NALTA. ^[1] проект, который надеется объединить данные из нескольких проектов, подобных WALTA, для дальнейшего исследования космических лучей UHE.

Фон

Космические лучи

Космические лучи — это частицы высокой энергии, которые бомбардируют атмосферу Земли. ^[2] Примерно 89% из них составляют протоны. ^[3] Поток космических лучей примерно пропорционален 1/(E ^а), где E — энергия, а a — где-то между 2 и 3 до предела UHECR. Космические лучи, созданные в нашей галактике с энергией менее примерно 10 ¹⁸эВ попадают в ловушку магнитного поля галактики. Частицы выше этого уровня должны улетучиться, поэтому космические лучи высокой энергии, скорее всего, придут из-за пределов нашей галактики. По данным обрезания Грейзена, Зацепина, Кузьмина ( ГЗК ), межгалактические космические лучи выше 10 ²⁰эВ должно поглощаться космическим микроволновым фоновым излучением из-за образования пионов и пар. При производстве пионов протоны (UHECR) выше 10 ²⁰эВ имеют достаточно энергии для взаимодействия с CMBR для создания пионов, и выше 10 ¹⁷эВ обладают достаточной энергией для взаимодействия с электрон-позитронными парами в результате образования пар. Эти взаимодействия приведут к тому, что внегалактические UHECR потеряют слишком много энергии, чтобы достичь Земли. ^[4] Космические лучи с энергиями такого уровня физики наблюдают с 1963 года. ^[5] Некоторые эксперименты с космическими лучами утверждают, что они наблюдали уровни UHECR, превышающие предсказания ГЗК. ^[6] в то время как другие утверждают, что обнаруживают уровни, примерно эквивалентные прогнозу ^[7] Такие противоречивые эксперименты являются мотивацией для дальнейшего изучения UHECR и, следовательно, таких экспериментов, как WALTA.

Обнаружение на поверхности Земли

Космические лучи, попадающие в атмосферу Земли, не имеют тенденции достигать поверхности Земли в виде протонов. Вместо этого они взаимодействуют с ядрами атмосферных частиц и вызывают каскад частиц, известный как воздушный душ. Количество образующихся частиц указывает на энергию космических лучей, а детали типов и распределений частиц указывают на тип космических лучей (протон, гамма-лучи и т. д.). ^[8] Фронт воздушного ливня космических лучей UHE может охватывать несколько квадратных километров, и поэтому потребуется либо действительно большой детектор, либо несколько разбросанных детекторов. Эти детекторы должны будут взаимодействовать друг с другом или с центральным источником, который мог бы определить, когда они обнаруживают ливни от одного и того же события. WALTA размещает несколько сцинтилляторов в местных школах Сиэтла, тем самым охватывая необходимую территорию для записи мероприятий UHECR.

Настройка ВАЛТА

Цель WALTA — установить детекторы как минимум на 32 объектах в районе Сиэтла, занимающих площадь в 200 квадратных километров. ^[9] Эта область будет достаточно большой, чтобы обнаружить события, превышающие порог ГЗК. Программа надеется заполнить пробелы в этой области по мере развития проекта. В каждой локации есть четыре сцинтилляционных детектора, которые излучают свет при попадании в них заряженных частиц. Каждый лопастной детектор имеет толщину около дюйма и покрывает примерно один квадратный метр. В идеале на каждой площадке детекторы должны располагаться в форме звезды: один детектор находится в центре, а три вокруг него по кругу диаметром 10 метров. ² радиус. При такой геометрии каждый сайт мог обнаружить 10 ¹⁵эВ события. ^[9] Каждый сайт будет стараться использовать эту компоновку как можно лучше, учитывая собственную географию сайта. Каждый детектор имеет фотоумножитель , который преобразует излучаемый свет в мощный электрический сигнал. Сигнал с каждого детектора поступает на карту сбора данных (DAQ), которая настроена на запись события на основе определенного совпадения. Карта сбора данных также имеет вход GPS. Выход этой карты подключается к компьютеру через последовательный порт, и программное обеспечение подсчитывает данные с указанием местоположения и времени GPS. Сайт может загрузить данные на сервер WALTA, и данные можно сравнить, чтобы увидеть, происходят ли события из одного и того же душа. Время событий и охватываемая территория определяют энергию и место, где космический луч попал в атмосферу Земли.

Мотивы для WALTA

Эксперименты, такие как AGASA, показывают большее количество UHECR, чем ожидалось, согласно пороговому значению GZK, в то время как другие эксперименты, такие как Сотрудничество Пьера Огера, утверждают, что спектр UHECR соответствует спаду, предсказанному GZK. ^[10] UHECR, основанные на GZK, должны были бы возникнуть в пределах 100 Мпк от нашей галактики, но смогли бы выйти за пределы магнитного поля галактики силой 3 микрогаусса. Также не существует известного галактического источника UHECR. Возможно, они пришли из-за пределов галактики и неизвестная физика позволяет им преодолеть теорию ГЗК, или они происходят из какого-то неизвестного галактического источника. Есть также предположения, что они происходят из материи и находятся в межгалактическом магнитном поле Ларморовского радиуса, или что они относятся к компактным радиоквазарам. ^[11] Эти эксперименты мотивируют дальнейшее исследование UHECR, ведущее к получению большего набора данных. WALTA намеревается охватить большую часть территории Сиэтла и будет координировать свои действия с более крупным NALTA, охватывающим несколько объектов в Северной Америке.

Ссылки

^ «NALTA: Физика космических лучей с помощью школьных сетей детекторов» .
^ Нарликар (1977), стр. 97.
^ «Космические лучи — Ричард Мевальдт» .
^ Гризен 1966, стр. 749.
^ Линсли 1963, стр. 146.
^ Йошида и др. 1995, стр. 105
^ Аббаси и др. 2008, стр. 1.
^ «Резюме WALTA/NNODE» .
^ Jump up to: ^а ^б «Массив совпадений времени на большой территории Вашингтона» (PDF) . neutrino.phys.washington.edu . 2016 . Проверено 11 августа 2020 г.
^ [1] ^{[ мертвая ссылка ]}
^ Медина-Танко 1999, стр. L91.

Внешние ссылки

Официальный сайт

[1] «NALTA: Физика космических лучей с помощью школьных сетей детекторов» .

[2] Нарликар (1977), стр. 97.

[3] «Космические лучи — Ричард Мевальдт» .

[4] Гризен 1966, стр. 749.

[5] Линсли 1963, стр. 146.

[6] Йошида и др. 1995, стр. 105

[7] Аббаси и др. 2008, стр. 1.

[8] «Резюме WALTA/NNODE» .

[Walta99-9] Jump up to: ^а ^б «Массив совпадений времени на большой территории Вашингтона» (PDF) . neutrino.phys.washington.edu . 2016 . Проверено 11 августа 2020 г.

[10] [1] ^{[ мертвая ссылка ]}

[11] Медина-Танко 1999, стр. L91.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]