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大氣熒光實(shí)驗(yàn)
2010-11-30 |文章來(lái)源: | 瀏覽次數(shù):  |

 

美國(guó)的蠅眼(FLY'S EYE)陣列位于猶他州鹽湖城西的沙漠中(左圖),擁有全世界唯一探測(cè)大氣熒光的宇宙射線探測(cè)器。1991年10月15日,一個(gè)粒子帶著巨大的能量,在黑暗的夜空中畫(huà)出一道光芒。山頭上的蠅眼宇宙射線探測(cè)器記錄下了這個(gè)不尋常的事件。約半年后,蠅眼公布這個(gè)事件是 3 x 1020 電子伏特能量的超高能宇宙射線,相當(dāng)于時(shí)速120公里的棒球的動(dòng)能。雖然早在30年前就曾報(bào)告過(guò)探測(cè)到能量為1020 電子伏特的事例,但這個(gè)事例仍令人鼓舞。

蠅眼從1977年起在130米高的小花崗巖山山頂開(kāi)始建造,四周的沙漠和稍遠(yuǎn)的群山一覽無(wú)余。共建造了67個(gè)反射鏡單元,在每個(gè)反射鏡的焦平面上安裝著一個(gè)由12只或者14只光電倍增管組成的組件。以67面鏡子反射熒光到焦平面上的880個(gè)光電倍增管。每個(gè)光電倍增管象蒼蠅的一個(gè)單眼,整個(gè)探測(cè)器便成為一個(gè)復(fù)眼,因此取名蠅眼。兩個(gè)類(lèi)似的復(fù)眼便可以立體成像,更精確的重建宇宙射線的方向。蠅眼的有效視野半徑約25公里,天頂角約可涵蓋至65度。蠅眼每個(gè)月的觀測(cè)時(shí)間只限于晴朗無(wú)月的夜晚。每年用于觀測(cè)的時(shí)間為12%。全部光電倍增管監(jiān)視簇射所獲得的數(shù)據(jù)信息,包括閃光強(qiáng)度、到達(dá)時(shí)間,都由計(jì)算機(jī)記錄下來(lái)。抵達(dá)時(shí)間能測(cè)到一億分之五秒的精度。

蠅眼從1978年建成一直成功地運(yùn)轉(zhuǎn)到1993年。在運(yùn)行到一半時(shí)間時(shí),科學(xué)家給這個(gè)系統(tǒng)增添了第二只眼。稱(chēng)做蠅眼Ⅱ的設(shè)施建在從小花崗巖山谷底看剛超過(guò)3公里的地點(diǎn),它由36個(gè)反射鏡單元構(gòu)成,只覆蓋半個(gè)夜空,也在原來(lái)蠅眼的覆蓋范圍以?xún)?nèi)。用兩只蠅眼觀看同一個(gè)簇射,每只能確定自己的一個(gè)簇射檢則器平面,采用快速分析程序,使兩個(gè)平面相交出一條直線就能很快地確定簇射軸線的空間位置。對(duì)簇射進(jìn)行立體觀測(cè)所確定的簇射軸位置更加精確。從1985年以來(lái),這兩臺(tái)探測(cè)裝置采用雙眼立體觀測(cè)的辦法觀測(cè)到許多簇射。

蠅眼于1992年功成身退,拆除后在原址改建升級(jí)的探測(cè)器陣列稱(chēng)為HiRes (High Resolution Fly's Eye detector),每個(gè)單眼的視角由5.5度縮小為1度,有效視野遠(yuǎn)達(dá)50公里。蠅眼探測(cè)器沒(méi)能解決最高能量宇宙射線起源的根本問(wèn)題。為了增加觀測(cè)事件率,新的探測(cè)器必須能對(duì)更遠(yuǎn)的簇射進(jìn)行探測(cè),探測(cè)面積至少需要比1000平方公里的蠅眼陣列大5倍。如果加大光線收集器——反射鏡的面積,就能捕獲到從更遠(yuǎn)的簇射發(fā)出的微弱閃光,因此,新反射鏡的直徑定為2米。

HiRes方案仍然堅(jiān)持蠅眼Ⅰ和蠅眼Ⅱ立體觀測(cè)的成功技術(shù),三個(gè)站址各建在等邊三角形的頂點(diǎn)位置,邊長(zhǎng)為15公里(老探測(cè)器布局為相互距離3公里)。每個(gè)站址上共設(shè)72臺(tái)反射鏡,每臺(tái)反射鏡的焦面上群集著256只光電倍增管。

20世紀(jì)90年代初,整個(gè)HiRes計(jì)劃所要求的大約1500萬(wàn)美元的經(jīng)費(fèi)一直未能完全如愿。兩個(gè)站址中的一個(gè)就設(shè)置在達(dá)格威(Dugway)試驗(yàn)基地原蠅眼舊址小花崗巖山。第二個(gè)站址設(shè)置在荒漠谷另一側(cè)離第一個(gè)站址13公里遠(yuǎn)的駝脊山。荒漠谷一帶用于美國(guó)陸軍軍火試驗(yàn)。從1992年起,在兩個(gè)站址上,利用原型反射鏡單元已經(jīng)收集到完全超過(guò)原來(lái)期望的大量的優(yōu)秀簇射數(shù)據(jù)。HiRes的合作成員們正在期待著第一階段工程的最后完成。屆時(shí),探測(cè)器的收集面積將超過(guò)5000平方公里,每一個(gè)高能簇射都能被兩處HiRes站址監(jiān)測(cè)到。那時(shí)就會(huì)得到從未有過(guò)的宇宙射線簇射最佳測(cè)量數(shù)據(jù)。對(duì)能量高過(guò)1019eV的宇宙射線,每年達(dá)到300的數(shù)據(jù)率,將使研究組處于研究能譜踝形周?chē)挛锉举|(zhì)的最優(yōu)越地位。


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