ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ

 
 

Τα σύγχρονα επιστημονικά επιτεύγματα της Αστροσωματιδιακής Φυσικής προέρχονται είτε από ανιχνευτικές εγκαταστάσεις σε δορυφόρους ή σε επίγειους ανιχνευτές που καλύπτουν μεγάλες εκτάσεις. Στο ακόλουθο Σχήμα παρουσιάζεται η αρχιτεκτονική και αρχή λειτουργίας του μεγάλου τηλεσκοπίου κοσμικών ακτίνων Pierre Auger.


Το μεγαλύτερο, μέχρι σήμερα, τηλεσκόπιο κοσμικών ακτίνων, το τηλεσκόπιο Pierre Auger, εγκαθίσταται στην Αργεντινή και καλύπτει μία περιοχή 3.000 τετραγωνικών χιλιομέτρων Αποτελείται από ανιχνευτικούς σταθμούς Cherenkov, οι οποίοι ανιχνεύουν τα σωμάτια των κατιονισμών που φτάνουν στην επιφάνεια της γης αλλά και από ανιχνευτές ευαίσθητους στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (φως) που εκπέμπουν τα άτομα της ατμόσφαιρας διεγειρόμενα από τα σωμάτια των κατιονισμών.


Δίκτυα  τηλεσκοπίων τύπου HELYCON, όπως το δίκτυο EUROCOSMICS,  αποτελoύν μία άλλη εναλλακτική αρχιτεκτονική μεγάλου τηλεσκοπίου κοσμικών ακτίνων, που μπορεί να καλύψει μεγάλες εκτάσεις.

Κατ΄αντιστοιχία του μεγάλου τηλεσκοπίου Pierre Auger, επιδιώκεται η χρήση και άλλης ανιχνευτικής τεχνικής, επιπλέον της ανίχνευσης των σωματίων που φτάνουν στους ανιχνευτές εδάφους, στο τηλεσκόπιο HELYCON.  Επειδή δεν είναι δυνατή η ανίχνευση του σπινθηρισμού της ατμόσφαιρας σε κατοικημένες περιοχές, επιχειρείται η  ανίχνευση των ραδιοκυμάτων που εκπέμπονται από τον ατμοσφαιρικό κατιονισμό  εντός του μαγνητικού πεδίου της γης.

Άλλα πειράματα έχουν ήδη αποδείξει την αρχή λειτουργίας της ραδιο-τηλεσκοπίας κοσμικών ακτίνων και οι ερευνητές του HELYCON εργάζονται για την επέκταση της πειραματικής τεχνικής του τηλεσκοπίου με την ανίχνευση ραδιοκυμάτων στην περιοχή 10-50 MHz.


Τα ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια που δημιουργούνται στους κατιονισμούς των κοσμικών ακτίνων στην ατμόσφαιρα, υπό την επίδραση του γήινου μαγνητικού πεδίου εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην περιοχή των ραδιοκυμάτων (Σχήμα (α)). Η ακτινοβολία αυτή ανιχνεύεται με απλές κεραίες (β) και εξειδικευμένες ηλεκτρονικές διατάξεις. Το ραδιο-σήμα των κατιονισμών (γ) είναι δυνατόν να διαχωρισθεί από ραδιο_σήματα άλλων πηγών θορύβου (δ) και προσφέρει σημαντική πληροφορία για τα φυσικά χαρακτηριστικά των κατιονισμών. Η τεχνική αυτή ανίχνευσης ευρίσκεται στο στάδιο της ανάπτυξης και θεωρείται ιδιαίτερα σημαντική για την οργανολογία της αστροσωματιδιακής φυσικής.


Η πειραματική μεθοδολογία του HELYCON ευρίσκει εφαρμογές και σε άλλα ερευνητικά προγράμματα Αστροσωματιδιακής Φυσικής. Πράγματι, ανιχνευτικοί σταθμοί τύπου HELYCON πάνω σε πλωτές βάσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την βαθμονόμηση και προσδιορισμό της διακριτικής ικανότητας του μεγάλου Ευρωπαϊκού υποθαλάσσιου τηλεσκοπίου νετρίνων, ΚΜ3NeT, το οποίο σχεδιάζεται για να εγκατασταθεί στη Μεσόγειο, πιθανότατα στην περιοχή του φρέατος των Οινουσών στη ΝΔ Πελοπόννησο .

Oι ερευνητές του Εργαστηρίου Φυσικής του ΕΑΠ έχουν αποδείξει, χρησιμοποιώντας τεχνικές πιστής προσομοίωσης, ότι αρκεί η σύγκριση των μετρήσεων που θα πραγματοποιεί ένα πλωτό σύστημα τριών σταθμών HELYCON με την απόκριση των ανιχνευτών του υπο-κείμενου τηλεσκοπίου νετρίνων για να βαθμονομηθεί το τηλεσκόπιο νετρίνων με μεγάλη ακρίβεια. Εκτιμάται, ότι αρκούν 10 μέρες   συνεργατικής λειτουργίας των δύο συστημάτων  για την βαθμονόμηση του τηλεσκοπίου νετρίνων με ακρίβεια 0.1 της μοίρας. 


Πλωτοί ανιχνευτικοί σταθμοί τύπου HELYCON μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως σύστημα βαθμονόμησης σε ένα υποθαλάσσιο τηλεσκόπιου νετρίνων.

Το τηλεσκόπιο νετρίνων ανιχνεύει και προσδιορίζει την διεύθυνση ενεργειακών μιονίων (μπλέ γραμμή), τα οποία έχουν δημιουργηθεί στον  κατιονισμό που δημιουργεί στην ατμόσφαιρα κάποια ενεργειακή κοσμική  ακτίνα και λόγω της μεγάλης ενέργειάς τους διαπερνούν το νερό και φτάνουν σε μεγάλα (4.000-5.000 μέτρα) βάθη. Τα σωμάτια του ίδιου κατιονισμού (κόκκινος πίδακας)  ανιχνεύονται στην επιφάνεια της θαλάσσης από τους πλωτούς σταθμούς HELYCON και εκτιμάται η διεύθυνση του αρχικού κοσμικού σωματίου.

Επισημαίνεται ότι η διεύθυνση του αρχικού κοσμικού σωματίου συμπίπτει με την διεύθυνση του πίδακα κατιονισμού και με τη διεύθυνση του ενεργειακού μιονίου που φτάνει μέχρι τα βάθη του τηλεσκοπίου νετρίνων. Συνεπώς, με τη σύγκριση των αποτελεσμάτων  των δύο ανιχνευτικών συστημάτων προσδιορίζεται, με μεγάλη ακρίβεια, η διακριτική ικανότητα του τηλεσκοπίου νετρίνων και  εντοπίζεται με μεγάλη ακρίβεια η θέση των ανιχνευτικών μονάδων του τηλεσκοπίου νετρίνων.