Student World

Letos v květnu navštívil Českou republiku nositel Nobelovy ceny za fyziku, profesor James W. Cronin (University of Chicago). J. W. Cronin získal Nobelovu cenu v roce 1980 za objev porušení základních principů symetrie při rozpadu K mezonů. Na počátku 90. let se stal jedním z inspirátorů stavby mezinárodní observatoře Pierra Augera, určené k detekci vysoce energetických částic kosmického záření. Do Prahy přijel podpořit českou skupinu fyziků, která se na práci observatoře významně podílí, a informovat o motivaci a cílech projektu širší veřejnost.

Francouzský fyzik Pierre Auger, po kterém byl projekt nazván, pozoroval již v roce 1938 na alpském vrcholu Jungfraujoch ve Švýcarsku neobyčejně rozsáhlé spršky částic kosmického záření. Vysvětlením tohoto jevu byla existence částic kosmického záření, jež vnikají do zemské atmosféry s obrovskými energiemi, a srážkami s atomovými jádry dávají postupně vzniknout rozvíjející se spršce sekundárních částic, kterou detekujeme na zemi. Dnes víme, že „nejtvrdší“ z těchto částic mají energie řádu neuvěřitelných 10 exp 20 elektronvoltů, což je přibližně stejně, kolik získá kilogramové závaží při pádu z výšky jeden a půl metru!
Jakými mechanismy a kde ve vesmíru se částice na tyto energie mohou urychlit, o tom dnes nevíme téměř nic. I ty největší pozemské urychlovače zůstávají (a téměř jistě navždy zůstanou) mnoho řádů pod touto hodnotou. Proto se mnozí odborníci na fyziku elementárních částic domnívají, že experimentální budoucnost jejich oboru patří spojení s fyzikou kosmického záření.

Energie 10 exp 20 elektronvoltů je zajímavá tím, že je mírně nad tzv. GZK limitem (pojmenovaného podle fyziků Greisena, Zatsepina a Kuzmina), který představuje horní energetickou mez pro volné šíření částice prostorem. Částice o energiích vyšších než 6 x 10 exp 19 elektronvoltů rekombinují v interakcích s kosmickým mikrovlnným pozadím (reliktním zářením) za vzniku nových částic, tzv. pionů, takže nedokážou překonat příliš velké vzdálenosti. Kdybychom takové částice detekovali ve statisticky průkazném množství, musely by přicházet odněkud z relativně blízkého okolí naší Sluneční soustavy (ze vzdálenosti menší než cca 150 miliónů světelných let), což by pro astrofyziky znamenalo dosti převratný objev.

Dosud byla zaregistrována necelá stovka kosmických částic s odhadem energie nad GZK mezí. Definitivní odpověď, kolik těchto částic na Zemi doopravdy přichází a z jakých směrů, by měla poskytnout právě observatoř Pierra Augera, budovaná v jihoamerické pampě argentinské provincie Mendoza. Důvodem pro volbu lokality na jižní polokouli byla skutečnost, že jen odtud se dá vidět galaktické jádro, kde se podle některých teorií nabité částice mohou urychlovat.
Četnost částic s energiemi kolem horní meze vstupujících do vrchních vrstev atmosféry se odhaduje na cca jeden případ na čtvereční kilometr za století – takže je nutné, aby pozemské detektory sledovaly obrovskou plochu oblohy. Proto observatoř zabírá území asi 3 000 km čtverečních. Spršky sekundárního záření, vyvolané primární částicí, jsou sledovány dvěma typy detektorů – jednu soustavu tvoří vodní nádrže, které průlet částic zaznamenávají pomocí tzv. Čerenkovova záření, druhá je založena na optických teleskopech, jež registrují kratičké fluorescenční záblesky vznikající průletem sekundárních částic atmosférou.

Dokončení Augerovy observatoře je plánováno již na příští rok. Všechna dosavadní získaná data svědčí o spolehlivosti použité metodiky a vysoké detekční účinnosti. Dá se tedy očekávat, že již v nejbližší době otevřeme novou kapitolu historie poznávání kosmického záření.

Prof. Cronin na přednášce ve Vlasteneckém sále Karolina
(foto: J. Dolejší)

Další informace: Stránky české skupiny zapojené v projektu Auger:
http://www-hep2.fzu.cz/~auger/cz/index.html

autor Pavel Cejnar