Άλλες Τεχνικές

Ανιχνευτές Μιονίων

Η συνιστώσα των μιονίων στον ατμοσφαιρικό καταιγισμό μετράται από ανιχνευτές μιονίων. Είναι αξιοσημείωτο ότι μόνο οι πρωταρχικοί πυρήνες κοσμικής ακτινοβολίας με ενέργεια >4 GeV έχουν την απαιτούμενη ενέργεια προκειμένου να διεισδύσουν στην ατμόσφαιρα. Η ανίχνευση των μιονίων γίνεται εφικτή ,για παράδειγμα, με την χρήση του απαριθμητή Geiger-Müller ή του απαριθμητή σπινθηρισμών. Ο απαριθμητής Geiger-Müller απαιτεί υψηλή τάση, η οποία παράγει μεγάλης έντασης ηλεκτρικό πεδίο κοντά στην άνοδο του ανιχνευτή. Όταν ένα σωμάτιο της κοσμικής ακτινοβολίας εισέρχεται στον ανιχνευτή, αποσπά ηλεκτρόνια από το αέριο το οποίο υπάρχει στον απαριθμητή καθώς και από τα τοιχώματα του σωλήνα του απαριθμητή. Τα ηλεκτρόνια αυτά επιταχύνονται προς την κατεύθυνση του θετικά φορτισμένου σύρματος και κερδίζουν αρκετή ενέργεια ώστε να αποσπάσουν ακόμα περισσότερα ηλεκτρόνια από τα μόρια του αερίου του απαριθμητή. Ομοίως, αυτά τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται επίσης και αποσπούν επιπλέον ηλεκτρόνια. Αυτή η ηλεκτρική χιονοστιβάδα αποτελείται από περισσότερα του ενός δισεκατομμυρίου αρνητικά φορτία τα οποία επιταχύνονται προς το θετικά φορτισμένο σύρμα,προκαλώντας με αυτό τον τρόπο ένα ρεύμα που ρέει μέσα σ’ένα απλό κύκλωμα ανίχνευσης.

Καθώς ο απαριθμητής Geiger είναι ευαίσθητος σε σωματίδια που έρχονται από οποιαδήποτε κατεύθυνση, ένας τέτοιος ανιχνευτής δεν καθιστά δυνατή την επιλογή κάποιου συγκεκριμένου προσανατολισμού καθώς και το είδος του σωματιδίου. Η χρήση δύο ή περισσότερων ανιχνευτών Geiger με την εφαρμογή της μεθόδου της σύμπτωσης (όπου λαμβάνουμε ταυτόχρονα σήμα από δύο ή περισσότερους μετρητικούς σωλήνες) μας προσφέρει την πιθανότητα να φέρουμε σε πέρας πιο πολύπλοκα πειράματα ,όπως π.χ να διακρίνουμε μιόνια και να προσδιορίσουμε την διεύθυνση πρόσπτωσης. Μας επιτρέπει επίσης να αποκλείσουμε την ανίχνευση της γήινης ακτινοβολίας.

Υπόγεια πειράματα μιονίων

Το κομμάτι εκείνο της συνιστώσας των μιονίων της κοσμικής ακτινοβολίας που αντιστοιχεί σε υψηλές ενέργειες μελετάται από υπόγειους ανιχνευτές. Αυτοί οι ανιχνευτές κάνουν χρήση της ικανότητας των μιονίων να διεισδύουν στην ύλη προκειμένου να διαχωρίσουν τα μιόνια από άλλες συνιστώσες της Κοσμικής Ακτινοβολίας (εκτός από τα νετρίνα). Ο υπόγειος ανιχνευτής μιονίων μπορεί είτε να είναι ένας είτε να αποτελείται από μια μικρή σειρά ανιχνευτών. (Αξίζει να σημειώσουμε πως τα ατμοσφαιρικά, τα ηλιακά και τα κοσμικά νετρίνα μπορούν επίσης να μελετηθούν υπόγεια σε μεγάλα βάθη. Ωστόσο, το μέγεθος του ανιχνευτή πρέπει να είναι πολύ μεγάλο προκειμένου να αντισταθμίσει την μικρή ενεργό διατομή των νετρίνων).

Σειρές ανιχνευτών εκτεταμένου καταιγισμού

Οι εκτεταμένοι καταιγισμοί (καταιονισμοί) ανιχνεύονται από διαφορετικά είδη ανιχνευτών σωματιδίων. Οι πιο συνήθεις εξ αυτών είναι οι απαριθμητές σπινθηρισμού (σπινθηριστές) που μας επιτρέπουν να μετρήσουμε τον χρόνο άφιξης με μεγάλη ακρίβεια. Επιπλέον χρησιμοποιούνται διατάξεις όπως απαριθμητές Cherenkov σε νερό, θάλαμοι εκτροπής, σωληνοειδείς ανιχνευτές φωτεινών ακτίνων,και σωληνοειδείς Geiger-Müller ανιχνευτές. Συσκευές που έχουν μεγάλη ευαισθησία στον προσδιορισμό της θέσης μας επιτρέπει να μετρήσουμε την διεύθυνση πρόσπτωσης του σωματιδίου.

Για να ανιχνεύσουμε εκτεταμένους καταιγισμούς απαιτείται η σύμπτωση αρκετών ανιχνευτών σωματιδίων που συνθέτουν μια σειρά από δεκάδες ή εκατοντάδες ανιχνευτές και διαχωρίζονται σε απόσταση 10-30 μέτρων. Για τους πολύ μεγάλους καταιγισμούς δισεκατομμυρίων σωματιδίων, οι ανιχνευτές πρέπει να τοποθετηθούν σε ένα δίκτυο του οποίου το μέγεθος του πλέγματος είναι της τάξης του ενός χιλιομέτρου. Κατά συνέπεια, το μέγεθος μιας σειράς ανιχνευτών καταιγισμού ποικίλει από εκατοντάδες μέτρα σε δεκάδες χιλιόμετρα. Τέτοια δίκτυα ανιχνευτών επιτρέπουν την μελέτη πρωτογενούς κοσμικής ακτινοβολίας με ενέργειες εύρους 10¹²10²¹ eV.

Ανιχνευτές Cherenkov

Τα σχετικιστικά ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια που παράγονται στον ατμοσφαιρικό καταιγισμό προκαλούν εκπομπή ακτινοβολίας Cherenkov στο ορατό όταν διαδίδονται μέσα σε μέσο με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτή του φωτός. Οι σειρές ανιχνευτών Cherenkov συλλέγουν αυτούς τους παλμούς φωτός από ένα πολύ μεγάλο όγκο (χιλιάδες κυβικά χιλιόμετρα). Μια παρόμοια τεχνική χρησιμοποιείται επίσης προκειμένου να μελετηθούν τα νετρίνα όταν παλμοί φωτός Cherenkov παράγονται στο νερό (π.χ Deep Underwater Muon And Neutrino Detector (DUMAND)) ή στον πάγο (e.g. IceCube Neutrino Observatory or Antarctic Muon And Neutrino Detector Array (AMANDA)).

Ανιχνευτές προσαρτημένοι σε μπαλόνια

Τα σύγχρονα μπαλόνια μεταφέρουν ανιχνευτές σε ύψη 40-70 km. Παλαιότερα, οι ανιχνευτές που πέταγαν με τα μπαλόνια ήταν πιο μικροί και πιο απλοί. Ωστόσο, πολύ μεγαλύτερα και πιο πολύπλοκα τηλεσκόπια όπως το BESS (Balloon Borne Experiment with Superconducting Solenoidal Spectrometer) πετάνε στα μπαλόνια. Σ’ αυτά τα μεγάλα ύψη,η ατμόσφαιρα πάνω από το μπαλόνι είναι αμελητέα για την Κοσμική Ακτινοβολία, κι επομένως οι ανιχνευτές που φέρουν τα μπαλόνια παρατηρούν απ’ ευθείας τα πρωταρχικά σωμάτια της Κοσμικής Ακτινοβολίας. Υπ’ αυτήν την έννοια μοιάζουν με τους δορυφόρους χαμηλής τροχιάς, αλλά είναι πολύ πιο φτηνοί και πιο εύκολος ο χειρισμός τους.

Το κατώφλι γεωμαγνητικής δυσκαμψίας παραμένει ένας σημαντικός παράγοντας που επιδρά στις παρατηρήσεις από μπαλόνια. Τα σωματίδια της ατμοσφαιρικής λευκαύγειας (albedo) (σωματίδια που ανακλώνται ή σκεδάζονται προς το διάστημα από την ατμόσφαιρα) μετρώνται επίσης από τους ανιχνευτές που είναι προσαρτημένοι σε μπαλόνια κι επομένως πρέπει να ληφθούν υπόψη. Το βασικό μειονέκτημα των πειραμάτων που μεταφέρονται από μπαλόνια είναι ότι έχουν εκστρατευτικό χαρακτήρα, και λειτουργούν για ένα πολύ μικρό χρονικό διάστημα.

Περαιτέρω μελέτη

M.L. Duldig, Muon observations, Space Science Review, vol. 93, pp. 207-226, 2000