Nowoczesne techniki detekcji promieni kosmicznych ultra-wysokich energii

Abstract

Badania nad promieniami kosmicznymi ultra-wysokich energii, powyżej 10¹⁸ eV, prowadzone są przy użyciu olbrzymich detektorów naziemnych rejestrujących wielkie pęki atmosferyczne (kaskady cza˛stek wtórnych) indukowane przez cząstki promieniowania kosmicznego w atmosferze. W ciągu ostatnich lat badania te doprowadziły do znacznego postępu w zrozumieniu promieni kosmicznych. Pomimo tego uzyskane wyniki wciąż nie pozwalają na wyznaczenie źródeł tych najbardziej energetycznych cząstek jakie znamy we Wszechświecie, czy na wyjaśnienie natury obserwowanego stłumienia widma promieni kosmicznych przy energiach większych niż 4 ×10¹⁹ eV. Wyjaśnienie tych zagadnień jest jednym z najważniejszych celów współczesnej astrofizyki. Jednocześnie te same wyniki wskazują że dalsze postępy w badaniach nad promieniami kosmicznymi ultrawysokich energii wymagają zwiększenia możliwości pomiarowych detektorów. Wynika stąd szczególna potrzeba poszukiwania nowych rozwiązań eksperymentalnych umożliwiających poprawienie dokładności pomiarów wielkich pęków, przy jednoczesnej redukcji kosztów budowy i obsługi detektorów. Praca ta poświęcona jest tym zagadnieniom. Przedstawiono w niej nowoczesne techniki detekcji promieni kosmicznych ultrawysokich energii, zarówno klasyczne dobrze sprawdzone metody, jak również i nową radiową metodę detekcji, intensywnie rozwijaną w ciągu ostatniej dekady, z którą obecnie wiąże się duże nadzieje. Omówione zostały również poszukiwania alternatywnych metod na przykładzie prac związanych z technikami mikrofalowej i radarowej detekcji wielkich pęków. Przedstawiono również główne cele i plany rozbudowy największego detektora promieni kosmicznych ultra-wysokich energii jakim jest Obserwatorium Pierre Auger.