WALTA (англ. Washington Area Large-scale Time-coincidence Array, Широкомасштабна матриця часових збігів Вашингтонського регіону) — фізичний експеримент з дослідження космічних променів надвисокої енергії (>1019 еВ), який проводить Університет Вашингтону. В експерименті використовуються детектори, розміщені в середніх школах і коледжах в районі Сіетла, які з'єднані через інтернет та утворюють великий масив для детектування атмосферних злив. На додаток до роботи над визначенням потоку космічних променів надвисоких енергій, детектори служать педагогічним інструментом для залучення середніх шкіл до наукових досліджень. Кожна станція має від трьох до чотирьох сцинтиляційних детекторів. Метою експерименту є покриття 200 км2 території навколо міста Сіетл. WALTA є частиною більшого проєкту NALTA, який планує об'єднати дані з кількох проєктів, подібних до WALTA, для подальшого вивчення космічних променів надвисоких енергій.
Контекст
Космічні промені — це частинки високої енергії, які бомбардують атмосферу Землі. Близько 89 % з них складають протони. Потік космічних променів приблизно пропорційний 1/Ea, де E — енергія, а показник степеня a — десь між 2 і 3. Космічні промені, створювані в нашій Галактиці з енергією менше приблизно 1018 еВ, захоплюються магнітним полем Галактики. Натомість частинки з більшими енергіями полишають Галактику, тому космічні промені високої енергії, ймовірно, надходять з-за меж нашої Галактики. Згідно з межею Грейзена-Зацепіна-Кузьміна, міжгалактичні космічні промені з енергіями понад 1020 еВ повинні швидко гальмуватись через взаємодію з реліктовим випромінюванням з утворенням піонів. Ці взаємодії призводять до того, що позагалактичні космічні промені надвисоких енергій дуже швидко зменшують енергію і до значення нижчого за 1020 еВ. Фізики спостерігали космічні промені з енергією на цьому рівні з 1963 року. Деякі експерименти з космічними променями показують наявність частинок надвисоких енергій, що перевищують межу Грейзена-Зацепіна-Кузьміна або лежать приблизно на цій межі. Такі суперечливі експерименти є мотивацією для подальшого вивчення космічних променів надвисоких енергій і, отже, таких експериментів, як WALTA.
Космічні промені, які потрапляють в атмосферу Землі, зазвичай не можуть досягти поверхні Землі у вигляді протонів. Натомість вони взаємодіють із ядрами атмосферних атомів і спричиняють каскад частинок, відомий як атмосферна злива. Кількість утворених частинок вказує на енергію космічного променя, а тип і розподіл частинок у зливі вказує на тип космічного променя (протон, гамма-квант тощо). Фронт повітряної зливи від космічних променів надвисоких енергій може охоплювати кілька квадратних кілометрів, і тому для його виявлення потрібний або дуже великий детектор, або кілька рознесених детекторів. Ці детектори мають сполучатись, щоб визначати, коли вони виявляють зливи від однієї частинки. WALTA розміщує сцинтилятори в різних школах Сіетла, таким чином покриваючи необхідну територію для реєстрації злив від космічних променів надвисоких енергій.
Обладнання WALTA
Мета WALTA — встановити детектори щонайменше на 32 об'єктах у районі Сіетла, охопивши площу 200 квадратних кілометрів. Така територія була б достатньо великою, щоб виявити події вище межі Грейзена-Зацепіна-Кузьміна. Співробітники WALTA сподіваються додавати більше детекторів в міру розвитку проєкту. Кожна локація має чотири сцинтиляційні детектори, які випромінюють світло при попаданні заряджених частинок. Кожен детектор має товщину близько дюйма і площу приблизно один квадратний метр. Кожна локація в ідеалі містить детектори у формі зірки з одним детектором посередині та трьома навколо нього в колі радіусом 10 м2. З такою геометрією кожна локація зможе вияввляти події з енергіями 1015 еВ. Кожен локація намагатиметься якнайкраще наблизитись до такої геометрії, враховуючи наявні географічні обмеження в даному місці. Кожен детектор має фотопомножувач, який перетворює випромінюване світло на електричний сигнал. Сигнал від кожного датчика надходить на плату збору даних (англ. data acquisition card, DAQ), яка налаштована на запис події у випадку її збігу між різними детекторами. Плата збору даних також має вхід GPS. Вихід цієї карти підключається до комп'ютера за допомогою послідовного порту, і програмне забезпечення зчитує дані GPS з місцезнаходженням і міткою часу. З кожної локації дані надходять на сервер WALTA. Там дані можна порівнювати, щоб визначити, чи події на різних локаціях відповідають одній і тій самій атмосферній зливі. З часу подій і охопленої території визначають енергію зареєстрованого космічного променя.
Мотивація для WALTA
Такі експерименти, як AGASA, показують більшу кількість космічних променів надвисоких енергій, ніж очікується, зважаючи на порогове значення межі Грейзена-Зацепіна-Кузьміна, тоді як інші експерименти, такі як обсерваторія П'єра Оже, стверджують, що спектр космічних променів надвисоких енергій відповідає спаду, передбаченому межею Грейзена-Зацепіна-Кузьміна. Космічні промені надвисоких енергій, тобто з енергіями, вищими за межу Грейзена-Зацепіна-Кузьміна, мали б виникати в межах 100 Мпк від нашої Галактики. Немає відомих галактичних джерел космічних променів надвисоких енергій, і цілком можливо, що вони мають позагалактичне походження. Наприклад, існують припущення, що вони утримуються в міжгалактичному магнітному полі на ларморових радіусах, або що вони асоційовані з компактними радіоквазарами. Такі експерименти спонукають до подальшого дослідження космічних променів надвисоких енергій і збору більшого об'єму даних про них. WALTA має намір охопити значну частину території Сіетла та координуватиме роботу з більшим експериментом NALTA, який охоплює кілька окремих ділянок в Північній Америці.
Примітки
- NALTA: Cosmic Ray Physics with School-Based Detector Networks.
- Narlikar(1977), page 97.
- Cosmic Rays - Richard Mewaldt.
- Griesen 1966, page 749.
- Linsley 1963, page 146.
- Yoshida, et al. 1995, page 105
- Abbasi, et al. 2008, page 1.
- WALTA/NNODE Executive Summary.
- The Washington Large Area Time Coincidence Array (PDF). neutrino.phys.washington.edu. 2016. Процитовано 11 серпня 2020.
- Medina-Tanco 1999, page L91.
Посилання
- Офіційний веб-сайт
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
WALTA angl Washington Area Large scale Time coincidence Array Shirokomasshtabna matricya chasovih zbigiv Vashingtonskogo regionu fizichnij eksperiment z doslidzhennya kosmichnih promeniv nadvisokoyi energiyi gt 1019 eV yakij provodit Universitet Vashingtonu V eksperimenti vikoristovuyutsya detektori rozmisheni v serednih shkolah i koledzhah v rajoni Sietla yaki z yednani cherez internet ta utvoryuyut velikij masiv dlya detektuvannya atmosfernih zliv Na dodatok do roboti nad viznachennyam potoku kosmichnih promeniv nadvisokih energij detektori sluzhat pedagogichnim instrumentom dlya zaluchennya serednih shkil do naukovih doslidzhen Kozhna stanciya maye vid troh do chotiroh scintilyacijnih detektoriv Metoyu eksperimentu ye pokrittya 200 km2 teritoriyi navkolo mista Sietl WALTA ye chastinoyu bilshogo proyektu NALTA yakij planuye ob yednati dani z kilkoh proyektiv podibnih do WALTA dlya podalshogo vivchennya kosmichnih promeniv nadvisokih energij KontekstKosmichni promeni ce chastinki visokoyi energiyi yaki bombarduyut atmosferu Zemli Blizko 89 z nih skladayut protoni Potik kosmichnih promeniv priblizno proporcijnij 1 Ea de E energiya a pokaznik stepenya a des mizh 2 i 3 Kosmichni promeni stvoryuvani v nashij Galaktici z energiyeyu menshe priblizno 1018 eV zahoplyuyutsya magnitnim polem Galaktiki Natomist chastinki z bilshimi energiyami polishayut Galaktiku tomu kosmichni promeni visokoyi energiyi jmovirno nadhodyat z za mezh nashoyi Galaktiki Zgidno z mezheyu Grejzena Zacepina Kuzmina mizhgalaktichni kosmichni promeni z energiyami ponad 1020 eV povinni shvidko galmuvatis cherez vzayemodiyu z reliktovim viprominyuvannyam z utvorennyam pioniv Ci vzayemodiyi prizvodyat do togo sho pozagalaktichni kosmichni promeni nadvisokih energij duzhe shvidko zmenshuyut energiyu i do znachennya nizhchogo za 1020 eV Fiziki sposterigali kosmichni promeni z energiyeyu na comu rivni z 1963 roku Deyaki eksperimenti z kosmichnimi promenyami pokazuyut nayavnist chastinok nadvisokih energij sho perevishuyut mezhu Grejzena Zacepina Kuzmina abo lezhat priblizno na cij mezhi Taki superechlivi eksperimenti ye motivaciyeyu dlya podalshogo vivchennya kosmichnih promeniv nadvisokih energij i otzhe takih eksperimentiv yak WALTA Kosmichni promeni yaki potraplyayut v atmosferu Zemli zazvichaj ne mozhut dosyagti poverhni Zemli u viglyadi protoniv Natomist voni vzayemodiyut iz yadrami atmosfernih atomiv i sprichinyayut kaskad chastinok vidomij yak atmosferna zliva Kilkist utvorenih chastinok vkazuye na energiyu kosmichnogo promenya a tip i rozpodil chastinok u zlivi vkazuye na tip kosmichnogo promenya proton gamma kvant tosho Front povitryanoyi zlivi vid kosmichnih promeniv nadvisokih energij mozhe ohoplyuvati kilka kvadratnih kilometriv i tomu dlya jogo viyavlennya potribnij abo duzhe velikij detektor abo kilka roznesenih detektoriv Ci detektori mayut spoluchatis shob viznachati koli voni viyavlyayut zlivi vid odniyeyi chastinki WALTA rozmishuye scintilyatori v riznih shkolah Sietla takim chinom pokrivayuchi neobhidnu teritoriyu dlya reyestraciyi zliv vid kosmichnih promeniv nadvisokih energij Obladnannya WALTAMeta WALTA vstanoviti detektori shonajmenshe na 32 ob yektah u rajoni Sietla ohopivshi ploshu 200 kvadratnih kilometriv Taka teritoriya bula b dostatno velikoyu shob viyaviti podiyi vishe mezhi Grejzena Zacepina Kuzmina Spivrobitniki WALTA spodivayutsya dodavati bilshe detektoriv v miru rozvitku proyektu Kozhna lokaciya maye chotiri scintilyacijni detektori yaki viprominyuyut svitlo pri popadanni zaryadzhenih chastinok Kozhen detektor maye tovshinu blizko dyujma i ploshu priblizno odin kvadratnij metr Kozhna lokaciya v ideali mistit detektori u formi zirki z odnim detektorom poseredini ta troma navkolo nogo v koli radiusom 10 m2 Z takoyu geometriyeyu kozhna lokaciya zmozhe viyavvlyati podiyi z energiyami 1015 eV Kozhen lokaciya namagatimetsya yaknajkrashe nablizitis do takoyi geometriyi vrahovuyuchi nayavni geografichni obmezhennya v danomu misci Kozhen detektor maye fotopomnozhuvach yakij peretvoryuye viprominyuvane svitlo na elektrichnij signal Signal vid kozhnogo datchika nadhodit na platu zboru danih angl data acquisition card DAQ yaka nalashtovana na zapis podiyi u vipadku yiyi zbigu mizh riznimi detektorami Plata zboru danih takozh maye vhid GPS Vihid ciyeyi karti pidklyuchayetsya do komp yutera za dopomogoyu poslidovnogo portu i programne zabezpechennya zchituye dani GPS z misceznahodzhennyam i mitkoyu chasu Z kozhnoyi lokaciyi dani nadhodyat na server WALTA Tam dani mozhna porivnyuvati shob viznachiti chi podiyi na riznih lokaciyah vidpovidayut odnij i tij samij atmosfernij zlivi Z chasu podij i ohoplenoyi teritoriyi viznachayut energiyu zareyestrovanogo kosmichnogo promenya Motivaciya dlya WALTATaki eksperimenti yak AGASA pokazuyut bilshu kilkist kosmichnih promeniv nadvisokih energij nizh ochikuyetsya zvazhayuchi na porogove znachennya mezhi Grejzena Zacepina Kuzmina todi yak inshi eksperimenti taki yak observatoriya P yera Ozhe stverdzhuyut sho spektr kosmichnih promeniv nadvisokih energij vidpovidaye spadu peredbachenomu mezheyu Grejzena Zacepina Kuzmina Kosmichni promeni nadvisokih energij tobto z energiyami vishimi za mezhu Grejzena Zacepina Kuzmina mali b vinikati v mezhah 100 Mpk vid nashoyi Galaktiki Nemaye vidomih galaktichnih dzherel kosmichnih promeniv nadvisokih energij i cilkom mozhlivo sho voni mayut pozagalaktichne pohodzhennya Napriklad isnuyut pripushennya sho voni utrimuyutsya v mizhgalaktichnomu magnitnomu poli na larmorovih radiusah abo sho voni asocijovani z kompaktnimi radiokvazarami Taki eksperimenti sponukayut do podalshogo doslidzhennya kosmichnih promeniv nadvisokih energij i zboru bilshogo ob yemu danih pro nih WALTA maye namir ohopiti znachnu chastinu teritoriyi Sietla ta koordinuvatime robotu z bilshim eksperimentom NALTA yakij ohoplyuye kilka okremih dilyanok v Pivnichnij Americi PrimitkiNALTA Cosmic Ray Physics with School Based Detector Networks Narlikar 1977 page 97 Cosmic Rays Richard Mewaldt Griesen 1966 page 749 Linsley 1963 page 146 Yoshida et al 1995 page 105 Abbasi et al 2008 page 1 WALTA NNODE Executive Summary The Washington Large Area Time Coincidence Array PDF neutrino phys washington edu 2016 Procitovano 11 serpnya 2020 Medina Tanco 1999 page L91 PosilannyaOficijnij veb sajt