Массив совпадений времени в большой зоне Вашингтона - Washington Large Area Time Coincidence Array

В Крупномасштабная система совпадений времени в Вашингтоне (WALTA) - это космический луч физический эксперимент, проводимый Вашингтонский университет исследовать космические лучи сверхвысокой энергии (>1019эВ). Программа использует детекторы, размещенные на Сиэтл -зоны средних школ и колледжей, которые связаны через Интернет, эффективно формируя Обширный воздушный душ множество. В дополнение к работе над необъяснимыми уровнями потока космических лучей сверхвысоких энергий (UHECR), он надеется служить педагогическим инструментом для увеличения участия физики в средних школах и общественных колледжах с помощью экспериментов по физике университетского уровня. На каждой площадке имеется от трех до четырех сцинтилляционных детекторов, чтобы обеспечить достаточное количество площадок для покрытия расстояния 200 км.2 район вокруг города Сиэтл. WALTA - это часть более крупной NALTA[1] проект, который надеется объединить данные из нескольких проектов, подобных WALTA, для дальнейшего исследования космических лучей сверхвысокой энергии.

Фон

Космические лучи

Космические лучи - это частицы высокой энергии, которые бомбардируют атмосферу Земли.[2] Около 89% из них - протоны.[3] Поток космических лучей примерно пропорционален 1 / (Eа), где E - энергия, а a находится где-то между 2 и 3 до предела КЛСВЭ. Космические лучи, созданные в нашей галактике с энергией менее 1018эВ попадают в ловушку магнитного поля галактики. Частицы над ним должны улететь, поэтому космические лучи высокой энергии, скорее всего, будут приходить извне нашей галактики. По мнению Грейзена, Зацепина, Кузьмина (GZK ) обрезание, межгалактические космические лучи выше 1020эВ должны поглощаться Космическое микроволновое фоновое излучение из-за образования пионов и пар. При рождении пионов протоны (КЛСВЭ) выше 1020эВ имеют достаточно энергии, чтобы взаимодействовать с реликтовым излучением и создавать пионы, и более 1017эВ имеют достаточно энергии, чтобы взаимодействовать с электронно-позитронными парами в результате образования пар. Эти взаимодействия могут привести к тому, что внегалактические КЛПВЭ будут терять слишком много энергии, чтобы достичь Земли.[4] Физики наблюдали космические лучи с энергией на этом уровне с 1963 года.[5] Некоторые эксперименты с космическими лучами утверждают, что они наблюдали уровни КЛЛВЭ, превышающие предсказание GZK,[6] в то время как другие утверждают, что обнаруживают уровни, примерно эквивалентные предсказанию[7] Такие противоречивые эксперименты являются мотивацией для дальнейшего изучения КЛВЭ и, следовательно, таких экспериментов, как WALTA.

Обнаружение на поверхности Земли

Космические лучи, попадающие в атмосферу Земли, не стремятся попасть на поверхность Земли в виде протонов. Вместо этого они взаимодействуют с ядрами атмосферных частиц и вызывают каскад частиц, известный как воздушный ливень. Число образовавшихся частиц указывает на энергию космических лучей, а детали типов частиц и их распределения указывают на тип космических лучей (протон, гамма-луч и т. Д.).[8] Фронт атмосферного ливня космических лучей сверхвысокой энергии может охватывать несколько квадратных километров и, следовательно, потребует либо действительно большого детектора, либо нескольких разнесенных детекторов. Этим детекторам потребуется связываться друг с другом или с центральным источником, который мог бы определить, когда они обнаруживали ливни от одного и того же события. WALTA размещает несколько сцинтилляторы в местных школах Сиэтла, тем самым покрывая территорию, необходимую для записи событий UHECR.

Настройка WALTA

Цель WALTA - установить детекторы не менее чем на 32 объектах в Сиэтле на площади 200 квадратных километров.[9] Эта область была бы достаточно большой, чтобы обнаруживать события, превышающие границу GZK. Программа надеется заполнить пробелы в этой области по мере развития проекта. В каждом месте есть четыре сцинтилляционных детектора, которые излучают свет при попадании заряженных частиц. Каждый лопастной детектор имеет толщину около дюйма и покрывает примерно один квадратный метр. На каждой площадке детекторы в идеале должны располагаться в звездообразовании с одним детектором посередине и тремя окружающими его по кругу 10 м.2 радиус. С такой геометрией каждый сайт мог обнаружить 1015eV события.[9] Каждый сайт будет пытаться использовать этот макет как можно лучше, учитывая географию сайта. Каждый детектор имеет фотоумножитель который умножает излучаемый свет на большой электрический сигнал. Сигнал от каждой лопасти детектора поступает в карту сбора данных (DAQ), которая настроена на запись события на основе определенного совпадения. Плата DAQ 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 загружать данные на сервер WALTA, и данные можно сравнивать, чтобы узнать, происходят ли события из одного и того же душа. Время событий и площадь покрытия говорят об энергии и месте, где космический луч попадает в атмосферу Земли.

Мотивы для WALTA

Такие эксперименты, как AGASA, показывают большее количество КЛСВЭ, чем ожидалось в соответствии с ограничением GZK, в то время как другие эксперименты, такие как Сотрудничество Пьера Огуэра, утверждают, что спектр КЛСВЭ соответствует спаду, предсказанному GZK.[10] КЛУВЭ, основанные на GZK, должны возникать в пределах 100 Мпк от нашей галактики, но они смогут избежать магнитного поля галактики в 3 мкГаусса. Также нет известного галактического источника КЛУВЭ. Возможно, они из-за пределов галактики и неизвестная физика позволяет им преодолеть теорию ГЗК, или они 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 побуждают к дальнейшим исследованиям КЛСВЭ, приводящим к большему набору данных. WALTA намеревается охватить большую часть территории Сиэтла и будет координировать свои действия с более крупной NALTA, охватывающей несколько североамериканских территорий.

Рекомендации

  1. ^ «НАЛТА: физика космических лучей с детекторными сетями школьного уровня».
  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. ^ "Краткое изложение WALTA / NNODE".
  9. ^ а б "Массив совпадений времени на большой территории Вашингтона" (PDF). нейтрино.phys.washington.edu. 2016. Получено 2020-08-11.
  10. ^ [1][мертвая ссылка ]
  11. ^ Медина-Танко 1999, стр. L91.

внешняя ссылка