tome antičić institut ruđer bošković
DESCRIPTION
Visoko energetske kozmičke zrake Pierre Auger observatorij. Tome Antičić Institut Ruđer Bošković. Astročestična fizika na IRBu. IRB, svjetan novih trendova u znanosti, radi iskorak u astročestičnoj fizici. MAGIC experiement - Gama zrake 50 GeV do 30 TeV. Pierre Auger experiement - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Tome Antičić
Institut Ruđer Bošković
Visoko energetske kozmičke zrakePierre Auger observatorij
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Astročestična fizika na IRBuAstročestična fizika na IRBu
IRB, svjetan novih trendova u znanosti, radi iskorak u astročestičnoj fizici
MAGIC experiement- Gama zrake 50 GeV do 30 TeV
Pierre Auger experiement- Nabijene čestice iznad 1 EeV
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
UHECR
Evolucija svemiraEvolucija svemira
Visoko Energetskekozmičke
zrake
danas
Velikiprasak
Vrijeme nakon velikog praska
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Što (ne)znamo o visoko energetskim kozmičkim zrakama Što (ne)znamo o visoko energetskim kozmičkim zrakama
• Kozmičke zrake su visoko energetske nabijene čestice koje pljušte na površinu planete.• 85% protoni, 12% He, 2% elektroni, 1% teže jezgre.• Ultra-visokoenergetske kozmičke zrake su one koje imaju energije iznad 1018 eV (1 EeV).
• ZnamoZnamo
– energienergijeje ( (dodo 10 102020 eV). eV).
– energenergijskiijski spe spekkttarar
• Ne znamoNe znamo::
– Gdje su stvoreni Gdje su stvoreni
– Kako su stvoreni/ubrzani Kako su stvoreni/ubrzani
– Kako sa tako velikim energijama mogu proći tako velike udaljenostiKako sa tako velikim energijama mogu proći tako velike udaljenosti
– Što suŠto su (p(protonrotonii, , teže jezgreteže jezgre,, fotoni,neutrini) fotoni,neutrini)
– Da li su kozmičke zrake deflektirane magnetskim poljimaDa li su kozmičke zrake deflektirane magnetskim poljima
• Možemo li raditi astronomiju kozmičkim zrakama??Možemo li raditi astronomiju kozmičkim zrakama??
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
• jedna čestica u stoljeću po km2
Auger projekt fokusiran na najvišim energijama koje se mogu dosegnuti.
flux kozmičkih zraka vs energijaflux kozmičkih zraka vs energija
Teniska loptica 60 km/sat
energija
Joule po čestici!
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Aktivna Galaktička Jezgra
Aktivna Galaktička Jezgra
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
For energy > 5 * 1019
Greisen, Zatsepin-Kuzmin (GZK) Cut OffČestice > 5 * 1019 eV
Moraju biti < ~ nekoliko*50 Mpc udaljeni
p + CMB p + 0
n + +
Interakcije sa kozmičkom mikrovalnom pozadinom Interakcije sa kozmičkom mikrovalnom pozadinom
Za energije
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
E=1019eV
E=1020eV
E=1018eV
Nabijene čestice su deflektirane:
• međuzvjezdanim galaktičkim poljem u našoj galaksiji (~0.5kpc, 2μG)
• intergalaltičkim magnetskim poljem (1.0Mpc, 1nG)
• ~1020eV
•Astronomija kozmičkih zraka
Low-energy cosmic ray sky
Putanja kozmičkih zraka do naše galaksijePutanja kozmičkih zraka do naše galaksije
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Kako visoko energeske kozmičke zrake interagiraju sa atmosferom?
Kako visoko energeske kozmičke zrake interagiraju sa atmosferom?
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Kako visoko energeske kozmičke zrake interagiraju sa atmosferom?
Kako visoko energeske kozmičke zrake interagiraju sa atmosferom?
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Kako visoko energeske kozmičke zrake interagiraju sa atmosferom?
Kako visoko energeske kozmičke zrake interagiraju sa atmosferom?
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Kako visoko energeske kozmičke zrake interagiraju sa atmosferom?
Kako visoko energeske kozmičke zrake interagiraju sa atmosferom?
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Kako visoko energeske kozmičke zrake interagiraju sa atmosferom?
Kako visoko energeske kozmičke zrake interagiraju sa atmosferom?
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Kako visoko energeske kozmičke zrake interagiraju sa atmosferom?
Kako visoko energeske kozmičke zrake interagiraju sa atmosferom?
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
photonselectrons/positrons
muons neutrons
Djeluje nemoguće...
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
• veliki skup detektora (scintilatori, tankovi vode, etc)• detektiri mali dio čestica na površini• Pljusak detektiran samo na površini, razvoj pljuska u atmosferi se ne vidi.• razlika u vremenu dolaska – putanja• energija i kompozicija ovisi o MC simulaciji, koja ovisi o ekstrapolacijama hadronskih modela na niskim energijama
Površinski detektoriPovršinski detektori
• 111 Electron Detectors• 100 km2
• 27 Muon Detectors
0 4km
ex: AGASA
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Florescentni detektoriFlorescentni detektori
• Nabijene čestice u pljusku pobude molekule dušika u atmosferi.
• Dušik se vrati u prvotno stanje, ali šalje u svim smjerovima UV zrake (80% između 300 i 450 nm).
• Florescentna svjetlost se detektira sa fotomultiplikatorima po noći. Pljusak se vidi serijom detektora.
• Detektira se progres pljuska (vremenski i energijski – količina svjetlosti je proporcionalna broju čestica u pljusku).
• Operacija samo u noći, bez mjeseca i bez prašine i bez oblaka (oko 10% vremena)
• Potreba za dobrim znanjem atmosferskih uvjeta (aerosoli, atmosfersko monitoriranje nužno: T, P, oblaci)
•
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Auger sjever planiran u Coloradu
Malargue je mali grad u pampama u Argentini blizu Anda.
Auger jug je ovdje.
17 Zemalja 70 Institucija
~400 znanstvenika
1938Pierre Auger otkriva
pljuskove prouzročene kozmičkim
sudarima u atmosferi
Pierre Auger ObservatorijPierre Auger Observatorij
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Pierre Auger ObservatorijPierre Auger Observatorij
Hibridni detektor
• Auger spaja površinske i florescentne detektore.
• 1600 površinskih detektora razdvojeni 1500 m.
• 4 florescentna detektora.
• 3000 km2 površina.
http://www.auger.org
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Communications antenna GPS antenna
Electronicsenclosure Solar panels
Battery box
3 9 inch photomultiplier tubes looking into the
water collect light left by the particles
Plastic tank with 12 tons of very pure water
Površinski detektorPovršinski detektor
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
4x6 floroscentnih teleskopa4x6 floroscentnih teleskopa
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
The fluorescence telescopeThe fluorescence telescope
30 deg x 30 deg view per telescope
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Atmosfersko praćenjeAtmosfersko praćenje
Balloon probes (T,p)-profiles
LIDAR at each FD building
Central laser facility (fiber linked to tank)
light attenuation lengthAerosol concentration
steerable LIDAR facilities located at each FD eye
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Događaj u florescentnom detektoruDogađaj u florescentnom detektoru
• Signal and timing
time
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Flash ADC tracesFlash ADC traces
Lateral density distribution
Typical flash ADC trace
at about 2 km
Detector signal (VEM) vs time (µs)
PMT 1
PMT 2
PMT 3
-0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 µs
18 detectors triggered
Događaj u površinskom detektoruDogađaj u površinskom detektoru
θ~ 48º, ~ 70 EeV
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
hibridni događaj
longitudinal profile
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
20 svibanj 2007 E ~ 1019 eV
Signal u sva 4 florescentna detektora i u 15 površinskih detektora!
Prvi 4-struki hibridni događaj 20 svibanj 2007
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Calibration unc. 18%FD syst. unc. 22%
5165 km2 sr yr ~ 0.8 full Auger year
Exp Obs>1019.6 132 +/- 9 51
> 1020 30 +/- 2.5 2
Slope = -2.62 ± 0.03
•sharp suppression in the spectrum is seen for the last energy decade•pure power law is rejected with 6σ ( E > 1018.6 eV ) and 4σ ( E > 1019 eV )
REZULTATI- spektar energijaREZULTATI- spektar energija
GZK cutt off!
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
REZULTATI- Auger kemijska kompozicijaREZULTATI- Auger kemijska kompozicija
Vjerojatno nisu samo protoni
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
II. The UHECR Sky is anisotropicII. The UHECR Sky is anisotropic
Cen A
AGN
REZULTATI- Auger mapa najenergičnijih događajaREZULTATI- Auger mapa najenergičnijih događaja
New data confirms correlation with AGN clustering. Chance probability: 2× 10-3
• 472 AGN with z < 0.018 (red crosses), 27 cosmic ray arrival directions with 3.1º circle, color indicates relative exposure, position of CenA (white cross).
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Što to znači?Što to znači?
• anisotropija!(izvor joše nepoznat)
• Intergalaktičko B-polje malo, kosmičke zrake dobri za mapiranje bliskog svemira
Početak “astronomije nabijenih čestica”!
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Što očekujemu u budućnosti?Što očekujemu u budućnosti?
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Astronomija pomoću kozmičkih zraka?Astronomija pomoću kozmičkih zraka?
0º 5º
Low-energy cosmic ray sky
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Budućnost- Sjeverni Pierre Auger u ColoraduBudućnost- Sjeverni Pierre Auger u Coloradu
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Down-going neutrinosDown-going neutrinos
Young neutrino shower
Old hadronic shower
Neutrinska Astrofizika Neutrinska Astrofizika
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Earth-skimming neutrinosEarth-skimming neutrinosNeutrinska AstrofizikaNeutrinska Astrofizika
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Auger (and HiRes) neutrino limitsAuger (and HiRes) neutrino limits
Pierre Auger Collaboration 2008, PRL submitted, arXiv:0712.1909(HiRes limits from: K. Martens for the HiRes Collaboration 2007, arXiv: 0707.4417)
Implications for Neutrino AstrophysicsImplications for Neutrino Astrophysics
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
kontaktkontakt
http://www.irb.hr/hr/str/zef/z3labs/lve/
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Pulsar
GRB
AGN
SNR
Radio Galaxy
Ekstremni svemirEkstremni svemir
Introduction Silicon Silicon Silicon Silicon [email protected]/37
Kandidati za izvor UHECRKandidati za izvor UHECR