Washington Stort område Tidssammanfall Array
Washington Area Large-scale Time-coincidence Array (WALTA) är ett kosmisk strålningsfysikexperiment som drivs av University of Washington för att undersöka kosmiska strålar med ultrahög energi ( >10 19 eV). Programmet använder detektorer placerade vid Seattle -områdets gymnasieskolor och högskolor som är länkade via internet, vilket effektivt bildar en omfattande luftduschuppsättning . Förutom att arbeta på de oförklarade nivåerna av ultrahög energi kosmisk strålning (UHECR) flöde, hoppas det kunna fungera som ett pedagogiskt verktyg för att öka fysikengagemang hos gymnasieskolor och högskolor med ett fysikexperiment på universitetsnivå. Varje plats har tre till fyra scintillationsdetektorer med målet att ha tillräckligt många platser för att täcka ett 200 km 2 område runt staden Seattle. WALTA är en del av det större NALTA-projektet som hoppas kunna kombinera data från flera WALTA-liknande projekt för att främja utforskningen av UHE kosmiska strålar.
Bakgrund
Kosmiska strålar
Kosmiska strålar är högenergipartiklar som bombarderar jordens atmosfär. Cirka 89 % av dessa är protoner. Fluxet av kosmiska strålar är ungefär proportionellt mot 1/(E a ) där E är energin och a är någonstans mellan 2 och 3 upp till UHECR-gränsen. Kosmiska strålar som skapas i vår galax med energi på mindre än cirka 10 18 eV fångas av galaxens magnetfält. Partiklar ovanför det borde fly, så högenergi kosmiska strålar skulle troligen komma från utanför vår galax. Enligt Greisen, Zatsepin, Kuzmin ( GZK ) cutoff bör intergalaktiska kosmiska strålar över 10 20 eV absorberas av den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen på grund av pionproduktion och parproduktion. Vid pionproduktion har protonerna (UHECR) över 10 20 eV tillräckligt med energi för att interagera med CMBR för att skapa pioner, och över 10 17 eV har tillräckligt med energi för att interagera med elektron-positronparen från parproduktion. Dessa interaktioner skulle få extragalaktiska UHECR att förlora för mycket energi för att nå jorden. Fysiker har observerat kosmiska strålar med energier på denna nivå sedan 1963. Vissa kosmiska strålexperiment hävdar att de har sett UHECR-nivåer som överstiger GZK-förutsägelsen, medan andra hävdar att de upptäcker nivåer som är ungefär likvärdiga med förutsägelsen. Sådana motstridiga experiment är motivationen för ytterligare studier av UHECRs och därför experiment som WALTA.
Detektering på jordens yta
Kosmiska strålar som träffar jordens atmosfär tenderar inte att ta sig upp till jordens yta som protoner. Istället interagerar de med kärnorna av atmosfäriska partiklar och orsakar en kaskad av partiklar, känd som en luftdusch. Antalet resulterande partiklar är indikativt för den kosmiska strålens energi, och detaljerna i partikeltyper och distributioner indikerar typen av kosmisk strålning (proton, gammastrålning, etc.). Fronten på luftduschen från UHE kosmiska strålar kan täcka flera kvadratkilometer och skulle därför ta antingen en riktigt stor detektor eller flera detektorer utspridda. Dessa detektorer skulle behöva kommunicera tillsammans eller med en central källa som kunde avgöra när de detekterade skurar från samma händelse. WALTA placerar flera scintillatorer på lokala skolor i Seattle, och täcker därmed det nödvändiga området för att spela in UHECR-händelser.
WALTA-inställning
Målet med WALTA är att sätta upp detektorer på minst 32 platser i Seattle-området, som täcker en yta på 200 kvadratkilometer. Detta område skulle vara tillräckligt stort för att upptäcka händelser ovanför GZK-gränsen. Programmet hoppas kunna fylla luckor inom detta område när projektet mognar. Varje plats har fyra scintillationsdetektorer som avger ljus när de träffas av laddade partiklar. Varje paddeldetektor är ungefär en tum tjock och täcker ungefär en kvadratmeter. Varje plats skulle idealiskt placera detektorerna i en stjärnformation med en detektor i mitten och tre som omger den på en cirkel med 10m 2 radie. Med denna geometri kunde varje plats upptäcka 10 15 eV-händelser. Varje sida kommer att försöka denna layout så gott som möjligt med tanke på webbplatsens egen geografi. Varje detektor har ett fotomultiplikatorrör som multiplicerar det emitterade ljuset till en stor elektrisk signal. Signalen från varje detektorpaddel går in i ett datainsamlingskort (DAQ) som är inställt för att registrera en händelse baserat på en viss slump. DAQ-kortet har även en GPS-ingång. Utgången på detta kort ansluts till en dator med en seriell port och programvaran räknar data med en GPS-plats och tidsstämpel. En webbplats kan ladda upp data till WALTA-servern och data kan jämföras för att se om händelser inträffar från samma dusch. Tidpunkten för händelserna och det täckta området berättar energin och platsen där den kosmiska strålen träffade jordens atmosfär.
Motivation för WALTA
Experiment som AGASA visar ett högre antal UHECR än förväntat per GZK cutoff medan andra experiment som Pierre Auguer Collaboration hävdar att spektrumet av UHECRs passar den falloff som förutspåtts av GZK. UHECRs, baserade på GZK, skulle behöva ha sitt ursprung inom 100 Mpc från vår galax, men skulle kunna undkomma galaxens 3 mikro-gauss magnetfält. Det finns heller ingen känd galaktisk källa till UHECR. Det är möjligt att de kommer utanför galaxen och okänd fysik tillåter dem att övervinna GZK-teorin, eller så kommer de från någon okänd galaktisk källa. Det finns också förslag på att de härstammar från materia och befinner sig i ett intergalaktiskt magnetfält Larmor-radie, eller att de relaterar till kompakta radiokvasarer. Dessa experiment motiverar ytterligare undersökning av UHECR som leder till en större uppsättning data. WALTA har för avsikt att täcka en stor del av Seattle-området och kommer att samordna med den större NALTA som täcker flera nordamerikanska platser.