L’Osservatorio Pierre Auger (https://auger.org) è uno dei progetti scientifici leader al mondo per l’esplorazione dei raggi cosmici ad altissima energia a terra, grazie alla misura diretta delle proprietà degli sciami prodotti nell’atmosfera dalle particelle cosmiche.
L’Osservatorio si trova in Argentina, in prossimità della cittadina di Malargüe nella provincia di Mendoza ed è in presa dati da più di un ventennio. Recentemente le agenzie finanziatrici hanno siglato l’estensione dell’International Agreement sancendo il prolungamento della presa dati sino al 2035. Al progetto partecipano circa 400 ricercatori provenienti da 17 paesi, tra cui l’Italia che, sin dai tempi della costruzione dell’Osservatorio, ha giocato un ruolo di primaria importanza.
Caratteristica fondamentale di Auger è il suo design ibrido, con un rivelatore di superficie (SD) ed un rivelatore a fluorescenza (FD). L’SD, che si estende per 3000 km2, consiste in un array di 1600 Water Cherenkov Detectors (WCD) distanziati tra loro di 1,5 km, mentre l’FD è costituito da 24 telescopi a fluorescenza che guardano l’atmosfera sovrastante il sito sperimentale e rivelano la luce di fluorescenza prodotta durante lo sviluppo degli sciami. L’Osservatorio è dotato anche di un array più denso di WCD e da tre telescopi a fluorescenza ad alta elevazione per abbassare la soglia di rivelazione in energia. Recentemente le stazioni SD sono stato oggetto di un importante upgrade con l’istallazione di scintillatori, rivelatori radio e una più performante elettronica.
L’osservazione simultanea degli sciami con tecniche diverse consente studi ad alta statistica e alta precisione e l’enorme estensione dell’array dell’SD permette di rilevare gli eventi molto rari a ~10^20 eV, il cui flusso è pari a circa 1 particella/km2/secolo. L’Osservatorio Pierre Auger ha ottenuto risultati di fondamentale importanza che hanno rivoluzionato la comprensione di questi messaggeri dell’universo ad energie così estreme. E’ stato dimostrato che queste particelle sono di origine extragalttica e lo spettro in energia è stato misurato con una precisione senza precedenti. È stata confermata la soppressione a 5×10^19 eV predetta negli anni 60 come risultato della perdita di energia a seguito dell’interazione con il Cosmic Microwave Background. La “caviglia” a 5×10^18 eV della curva spettrale è stata caratterizzata con grande precisione ed è stata osservata una nuova feature che consiste in un ulteriore punto di flessione dello spettro ad energie di poco superiori a 10^19 eV. È stato mostrato che i raggi cosmici sono nuclei che includono elementi dall’idrogeno al silicio, con una composizione in massa che diviene in media più pesante al crescere dell’energia. I dati suggeriscono che il meccanismo di accelerazione alla sorgente sia di tipo elettromagnetico con una massima energia di accelerazione che si riflette sulla forma della curva spettrale. La misura delle direzione di arrivo ha messo in evidenza che una frazione di questi raggi cosmici hanno origine nella regione del Centauro ed in alcune particolare galassie denominate sturburst relativamente vicine a noi su scala cosmologica.
Grazie alla possibilità di identificare sciami generati da neutrini e da fotoni, l’Osservatorio è a pieno titolo inserito nelle ricerche multimessangere insieme agli osservatori di onde gravitazionali e di neutrini. L’assenza di eventi generati da neutrini e fotoni ad energie estreme ha permesso di mettere limiti molto stringenti su nuova fisica oltre il Modello Standard delle interazioni quali per esempio che i raggi cosmici sono originati dal decadimenti di materia oscura super pesante.
I dati di Auger hanno un valore eccezionale per la comunità scientifica anche perchè permettono di accedere ad delle energie non raggiungibili in laboratorio (l’energia di LHC corrisponde a 10^17 eV). La Collaborazione Auger ha finora pubblicato più di 140 articoli su riviste internazionali ed è fortemente impegnata nel rilascio pubblico dei dati sui raggi cosmici che ha sino ad ora raccolto (https://opendata.auger.org).
Bibliografia