GCOS
The Global Cosmic Ray Observatory
Het Global Cosmic-ray Observatory (GCOS) is een geplande grootschalige faciliteit die is ontworpen om ultrahoge-energie kosmische deeltjes te bestuderen, waaronder kosmische straling, fotonen en neutrino's. Het belangrijkste doel is om de eigenschappen van de meest energetische deeltjes in het universum nauwkeurig te karakteriseren en hun mysterieuze oorsprong te achterhalen. Met een opening die twintig keer groter is dan die van huidige observatoria, streeft GCOS ernaar om na 2030 in gebruik te worden genomen, wat samenvalt met de geleidelijke uitfasering van bestaande detectoren.
Infrastructuur en gebruikersdiensten
Om de fundamentele aard en oorsprong van ultrahoge-energie kosmische straling te onderzoeken, is een grote sprong voorwaarts nodig in de beschikbare blootstelling voor het detecteren van luchtdouches. We streven daarom naar een detectorontwerp waarmee we de equivalente blootstelling van het Pierre Auger Observatorium van 20 equivalente jaren kunnen verzamelen binnen slechts één jaar van gegevensverzameling. Dit komt overeen met een oppervlakte van 60.000 km2. Om een volledige dekking van de hemel te bereiken, heeft GCOS ten minste twee observatieplaatsen nodig die strategisch over de hele wereld zijn geplaatst, idealiter op gemiddelde geografische breedtegraden van +/-35 graden. Deze opstelling zorgt voor een uitgebreide monitoring van kosmische straling uit alle richtingen, waardoor een volledig beeld van de kosmische straling in de hemel wordt verkregen. Het werkpaard van het observatorium zal de deeltjesdetector (PD) zijn, bestaande uit een reeks stations die de dichtheid van elektromagnetische deeltjes (elektronen, positronen, fotonen) en muonen op de grond meten. De energie- en massaschaal van deze reeks wordt bepaald door een fluorescentiedetector (FD) en/of een radiodetector (RD).
Voorbeelden/beschrijving van het type onderzoek
De natuur levert deeltjes met enorme energieën, die ^20 eV overschrijden – ordes van grootte boven de mogelijkheden van door mensen gemaakte faciliteiten zoals de Large Hadron Collider bij CERN. Bij de hoogste energieën zijn de precieze deeltjestypen nog niet bekend; het kunnen geïoniseerde atoomkernen zijn of zelfs neutrino's of fotonen. Zelfs voor zware kernen (zoals bijvoorbeeld ijzerkernen) overschrijden hun Lorentz-factoren waarden van 10^9. Het bestaan van dergelijke deeltjes roept onmiddellijk vragen op die nog beantwoord moeten worden: Welke fysische processen zijn betrokken bij de productie van deze deeltjes? Zijn het verval- of annihilatieproducten van donkere materie? Als ze worden versneld in gewelddadige astrofysische omgevingen: hoe kan de natuur deeltjes tot zulke energieën versnellen? Wat zijn de bronnen van de deeltjes? Begrijpen we de fysica van de bronnen? Is de oorsprong van die deeltjes verbonden met de recent waargenomen fusies van compacte objecten – de bronnen van zwaartekrachtgolven? De sterk relativistische deeltjes bieden ook de unieke mogelijkheid om (deeltjes)fysica in extreme omstandigheden te bestuderen: is Lorentz-invariantie onder dergelijke omstandigheden (nog steeds) geldig? Hoe interageren deze deeltjes? Worden hun interacties beschreven door het Standaardmodel van de deeltjesfysica? Wanneer de energetische deeltjes in wisselwerking staan met de atmosfeer van de aarde, kunnen hadronische interacties worden bestudeerd in het extreme kinematische voorwaartse gebied (met pseudorapiditeiten >15).
GCOS, gebaseerd op de wetenschappelijke output van bestaande observatoria, zoals het Pierre Auger Observatorium en de Telescope Array, zal antwoorden op deze vragen geven. Het belangrijkste doel is het uitvoeren van deeltjesastronomie bij de hoogste energieën.
Toegang tot de infrastructuur
Wetenschappers zullen op de observatoriumlocaties werken aan de installatie en het onderhoud – fysieke toegang. Het wetenschappelijke werk zal worden afgeleid uit gegevens die beschikbaar zullen zijn vanuit een centraal datacenter – toegang op afstand.