La construction d'un observatoire des rayons cosmiques a commencé dans le désert de l'Utah qui devrait être 10 fois plus sensible que les instruments précédents. Le «Telescope Array» est composé de 564 détecteurs en forme de table, qui mesureront les gerbes de particules subatomiques qui tombent sur Terre lorsque les rayons cosmiques interagissent avec notre atmosphère. Il aidera les scientifiques à découvrir la source des rayons cosmiques à ultra-haute énergie.
La construction d'un observatoire des rayons cosmiques de 17 millions de dollars à l'ouest de Delta, en Utah, s'accélère grâce à deux agences américaines: le Bureau of Land Management a délivré un permis et la National Science Foundation a approuvé une subvention de 2,4 millions de dollars.
Connu sous le nom de Telescope Array, l'observatoire "sera 10 fois plus sensible que les expériences précédentes, et nous espérons qu'il nous permettra de résoudre enfin le mystère de l'origine de ces particules ultra-hautes énergies [rayons cosmiques] qui bombardent la Terre, », Explique Pierre Sokolsky, professeur et président de physique à l'Université de l'Utah.
«Nous disposerons du détecteur de rayons cosmiques le plus puissant de l'hémisphère Nord», déclare Charlie Jui (prononcé Ray), professeur de physique à l'Université de l'Utah.
Sokolsky dit que le nouvel observatoire devrait commencer ses essais à la fin du printemps 2007, commencer à fonctionner à la fin de l'été 2007 et mener des recherches pendant 10 ans.
Jusqu'à présent, le Telescope Array a été financé par 14,4 millions de dollars du gouvernement japonais. La subvention de 2,4 millions de dollars sur trois ans de la National Science Foundation permettra aux physiciens de l'Université de l'Utah de déplacer l'équipement vers la nouvelle installation de leur observatoire vieillissant des rayons cosmiques de l'œil de la mouche haute résolution sur le terrain d'essai de l'armée américaine à Dugway.
Les structures et les routes n'occuperont que 50 acres du site d'expérimentation de 400 milles carrés.
À trois endroits sur le terrain de la fiducie de l'école de l'Utah, les bâtiments abriteront des «détecteurs de fluorescence», qui sont des ensembles de miroirs et d'instruments d'enregistrement qui scrutent dans le ciel nocturne les faibles éclairs ultraviolets qui se produisent lorsque les rayons cosmiques entrants heurtent des atomes d'azote, le gaz le plus abondant dans l'atmosphère terrestre. Chacun des trois sites sera à environ 25 miles des autres. Un bâtiment «installation laser centrale», situé entre les trois sites de détection de fluorescence, enverra des faisceaux laser vers le ciel lorsque les miroirs et les enregistreurs devront être étalonnés.
L'autre composant majeur de l'observatoire est un «réseau au sol» de 564 détecteurs à scintillation en forme de table, chacun d'environ 3 pieds de haut et 6 par 10 pieds de large. Les appareils mesureront les «douches d'air», qui sont des cascades de particules subatomiques qui tombent sur la Terre lorsque les rayons cosmiques se transforment en azote dans l'atmosphère.
Les détecteurs à scintillation seront répartis dans une grille sur une zone de 18 milles par 22 milles à l'ouest de Delta. La «concession d'emprise / permis d'utilisation temporaire» du Bureau of Land Management permettra aux scientifiques de construire l'installation laser centrale et d'installer 460 des détecteurs à scintillation sur le terrain BLM, qui couvre 80% du site de l'observatoire. L'autorisation d'installer les 104 autres détecteurs à scintillation a déjà été obtenue de l'État de l'Utah et de propriétaires fonciers privés. Ils possèdent les 20% restants du site tentaculaire.
Les scientifiques coopèrent au lieu de «se défaire»
Le nouvel observatoire des rayons cosmiques cherchera à répondre à l'un des mystères les plus perplexes de la physique: quelle est la source des rayons cosmiques à ultra-haute énergie, qui sont des particules subatomiques qui viennent crier dans l'atmosphère terrestre avec une énergie incroyable?
Les rayons cosmiques sont des noyaux atomiques - des atomes dépouillés de leurs électrons - d'éléments chimiques, principalement de l'hydrogène et de l'hélium. L'atmosphère les empêche de toucher la Terre et même s'ils le pouvaient, ils passeraient à travers une personne sans être remarqués. Mais si un seul rayon cosmique à ultra-haute énergie pouvait vous toucher la tête, il ressemblerait à une balle de baseball rapide.
Certains rayons cosmiques proviennent d'étoiles qui explosent sous forme de supernovas. Mais les rayons cosmiques à ultra-haute énergie sont plus puissants et semblent provenir de régions éloignées de l'univers. Sokolsky soupçonne qu'ils proviennent de «noyaux galactiques actifs», qui sont des trous noirs supermassifs formés quand environ 1 milliard d'étoiles effondrées s'amassent au centre des galaxies. D'autres sources possibles comprennent les ondes de choc des galaxies en collision, les galaxies émettant des ondes radio bruyantes, les sources exotiques telles que les cordes cosmiques théorisées et la décomposition des particules massives laissées par le "big bang", selon les scientifiques, qui ont créé l'univers il y a environ 13 milliards d'années.
Le Telescope Array fusionnera deux technologies qui ont compté un nombre étonnamment différent de rayons cosmiques à ultra-haute énergie atteignant la Terre. L’observatoire japonais des rayons cosmiques AGASA en a détecté 10 fois plus que l’Œil de mouche à haute résolution. Sokolsky dit que le grand nombre mesuré par AGASA implique que la source est relativement proche dans l'univers, mais il n'y a aucun objet astronomique connu qui pourrait être la source.
Ainsi, le Telescope Array comprendra des détecteurs de fluorescence comme ceux utilisés dans les yeux de mouche à haute résolution et des détecteurs à scintillation comme ceux utilisés à AGASA.
"Cette expérience est unique en ce sens qu'elle est l'union de deux groupes scientifiques initialement concurrents: un groupe japonais et un groupe américain qui ont mené deux expériences distinctes pendant une décennie et ont abouti à des résultats mutuellement incompatibles", explique Sokolsky. "Il est certainement inhabituel dans l'histoire de projets scientifiques comme celui-ci que, au lieu de se battre pour toujours, ils ont décidé d'unir leurs forces et de construire ensemble une expérience pour résoudre les différences."
Le High-Resolution Fly's Eye et l'AGASA ont atteint la fin de leur durée de vie utile - des instruments plus puissants sont nécessaires - et le fonctionnement du High-Resolution Fly's Eye est devenu difficile à la suite des attentats terroristes du 11 septembre 2001 à New York. et Washington. Dugway mène des recherches sur la défense contre les armes chimiques et biologiques, et des restrictions plus strictes ont empêché les étudiants étrangers diplômés de l'université de visiter le site.
BLM: Survey Wildlife, Use Copter to Install Some Equipment
En délivrant le permis, le BLM a demandé à l'Université de l'Utah de mener des enquêtes et de protéger les ressources culturelles, les plantes en danger et menacées, et la faune comme les renards en kit, les hiboux fouisseurs et les rapaces, dit Sokolsky.
Les constructeurs de l'observatoire utiliseront des hélicoptères - et non des véhicules tout-terrain - pour installer les détecteurs à scintillation, et «nous avons convenu de les entretenir à pied ou à cheval» dans des endroits sans accès routier, dit Sokolsky. Des hélicoptères seront utilisés si un problème majeur survient avec un détecteur, mais cela devrait être inhabituel. Les scientifiques doivent également prendre des photos numériques lorsqu'ils visitent un site de détection et surveiller tout changement au fil du temps.
Voici l'état de divers composants du télescope Array:
* La construction de l'observatoire a commencé en août 2004 sur le premier des trois sites de détection de fluorescence, situé au sommet de Black Rock Mesa à environ 13 milles au sud-sud-ouest de Delta. Le bâtiment est terminé et de nombreux miroirs ont été installés. Le détecteur de fluorescence Black Rock sera terminé d'ici la fin de cet été.
* La construction du deuxième détecteur de fluorescence a commencé en décembre 2005 à Long Ridge, à 30 milles au sud-ouest de Delta. Le bâtiment sera terminé à la fin de l'été et les miroirs seront installés avant l'hiver.
* Contrairement aux détecteurs Black Rock Mesa et Long Ridge, qui sont construits avec des fonds japonais, le troisième détecteur de fluorescence sera construit par l'Université de l'Utah grâce à la subvention de la National Science Foundation. Nommé Middle Drum, il est situé à 40 km au nord-ouest de Delta. La préparation du site devrait commencer en août, avec un ou plusieurs bâtiments pour contenir les miroirs d'ici décembre, selon Sokolsky. Les miroirs et autres équipements doivent être retirés du High-Resolution Fly’s Eye at Dugway, nettoyés et modifiés dans un entrepôt de Salt Lake City, puis acheminés par camion jusqu'au site de Middle Drum d'ici l'été prochain.
* L'installation laser centrale - située à égale distance des trois détecteurs de fluorescence - sera construite à partir du mois d'août et devrait être terminée dans un mois environ.
* L'installation des détecteurs à scintillation sur le terrain BLM devrait commencer fin juillet ou début août une fois que l'agence aura obtenu les résultats des relevés fauniques requis, indique Sokolsky. Les 200 premiers détecteurs à scintillation ont déjà été construits et sont stockés dans un champ à Delta, ressemblant «à un champ géant plein de lits d'hôpitaux», ajoute-t-il. Ils seront transportés par camion jusqu'aux aires de rassemblement, puis levés en position par hélicoptère. Sokolsky indique que les 364 détecteurs à scintillation restants seront installés d'ici décembre.
* L'université a ouvert le Millard County Cosmic Ray Center à Delta, en utilisant 150 000 $ en fonds publics et privés pour acheter et équiper un bâtiment. Les compteurs à scintillation y sont assemblés et stockés dans un champ adjacent loué, mais le centre abritera principalement des expositions pour informer le public sur la recherche sur les rayons cosmiques.
