中的高能粒子 作者:[澳]罗杰·柯莱-第21部分
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最初的犹他州蝇眼检测器采用67台反射镜汇集夜空图像，每台反射境包含着一丛光电倍增管。这里图形中每个六角形象素代表着一只光电倍增管的视野。当一串光电倍增管看见一个光信号时，就是检测到一次空气簇射，就像图中画成黑色的象素所显示的那样。
也和检测来自空气簇射的契伦科夫光类似，蝇眼受夜晚的天光和天气的限制，它每个月的观测时间只限于晴朗无月的夜晚。由于那里气候条件好，可用于观测的时间每年都长达18％。不过在实施中，蝇眼的运作时间只是12％，其运行时间的减少因技术上采用巨大的覆盖面积而得到补偿。蝇眼能监视到的大气体积从小花岗岩山伸展到20千米。所以，这样一套1000平方千米覆盖面积和监视时间为一年的12％的系统，其灵敏度相当于覆盖面积为120平方千米并监测时间为一年的100％的地面阵列。
在蝇眼的控制室中，在计算机和20个两米高的电子仪器架近旁竖立着一个蓝色的塑料半球。在检测器夜晚运作的时间里，这个特殊物件吸引着蝇眼操作者的注意也引起参观者的兴趣。这个装在墙壁上的半球的直径约有一米半，代表着蝇眼上方的夜空半球。镶嵌在塑料半球上的880个红色小灯泡代表着880个光电倍增管所监视的天空方向。每当蝇眼检测到一次空气簇射，这一事件就会用红光重新在半球上演示出来。操作者看见一串红光在向前运动，它指明簇射通过大气的路径。为了使演示能适应人类的视力以便看得清楚，显示时把簇射在路径上行进的速度放慢了100万倍！同时，全部光电倍增管监视簇射所获得的数据信息，包括闪光强度、到达时间，都由计算机记录下来。抵达时间能测到一亿分之五秒的精度。
光电倍增管〃点火〃时的指向信息和点火时间的信息随后用于簇射轴位置的确定，簇射轴是簇射在空间沿着它发生和展开的一条假想线。知道了簇射轴和沿轴各个位置上看到的闪光总数量，就能计算出簇射发展的所有阶段共产生了多少粒子。蝇眼直接测出称作〃展开曲线〃的这种独有能力，是它的主要特长，这就使得犹他科学家实现了用直接了当的办法估算出原始宇宙射线能量的愿望。展开曲线还为他们提供了出色的掌握有关粒子质量的办法。在每晚的运行操作中，操作者能通过注视演示光的闪现，可以确信不时发出闪光的美丽簇射在正平稳地激起检测器在正常运作。人们不时会因看到显示器上拼写出表明簇射的文字而倍感惊喜！还是由卡西迪偶然想到的，利用计算机的运作把偶然出现的闪烁变成可以理解的消息，并能经常引起人们惊喜，特别是能让那些习惯卡西迪式世俗幽默的操作者们感到高兴！
正当发现蝇眼看不见20千米以外的空气簇射微弱的荧光时，这个检测装置却看见另外的更加遥远的光源。还在建设期间，有一个夜晚，卡西迪打开新的一组碰巧指向北方地平线的反射镜。突然发生了让他感到极其讨厌的现象，他发现检测器中的好几百个光电倍增管以15秒的间歇时间很规则的被点燃。卡西迪和他的同事们跑到室外去看那个方向上想像中的光源，但是什么也没看见。后来的几个夜晚仍继续进行检测，并且把反射镜的位置尽量调到更准确的指向，终于看到有个跳动的东西奔向想像中的光源。最后，科学家们发现，原来在距蝇眼100千米以外的大盐湖岸边，矗立着一座国际冶铅公司的冶炼厂大烟囱，顶端安装着飞机预警频闪灯！这家公司并不在规定关掉灯光的范围内，于是卡西迪不得不设计一套电子线路，按照每15秒的规律把那个干扰信号放在蝇眼的时间盲区里。（后来，因铅市场萧条，冶炼厂停产，烟囱也就毁掉了。）
后来又在众目睽睽下发现了一个更壮丽的背景光源。从盐湖城CBS转播站来了一帮电视工作者，他们把摄像机架到了蝇眼的控制室，准备在10点钟的新闻节目中把生活图像发回转播站。当显示器上闪起红色灯光时，科学采访员正在论述蝇眼的光显示器的功能，以便指出天空正在出现巨大簇射闪光。犹他大学的科学家们对电视摄像组的采访感到厌烦，有个名叫B·凯第（Bob Cady）的毕业生一改平常沉静拘谨的习惯，泄漏出一条本地电视新闻听不到的消息。于是人们全部冲出室外去看是什么在天空中闪亮，原来是苏联卫星正在陨落以引人注目的景像重新进入大气。
联邦调查局（FBI）盐湖城分部的某个人，那天晚上一定看过第5频道。第二天联邦调查局给大学打电话召请该实验组的一位代表去他们的办公室。他们打算派给蝇眼一个犹他科学家未曾想过的阴险用途，就是对洲际弹道导弹的重新进入大气进行天空监视。FBI特别担心〃另一方〃可能已经认识到蝇眼的优越性能。卡西迪挑选P·吉尔哈迪（Peter Gerhardy）去访问FBI办公室。代理人会见了蝇眼的代表，质问他蝇眼的人是否接近过什么外国来的研究组。吉尔哈迪操着浓重的澳大利亚口音回答说，最近他接触过成群的外来陌生人，不过他们全都是美国人！
蝇眼从1978年建成一直成功地运转到1993年。在运行到一半时间的时候，犹他州科学家又给这个系统增添了第二只眼。称做蝇眼Ⅱ的设施建在从小花岗岩山谷底看刚超过3千米的地点，它由36个反射镜单元构成，只覆盖半个夜空，而且也是在原来蝇眼的覆盖范围以内。这个研究组打算建一处第二站址，而且早已注册登记，但还没有等到国家科学基金的资助。1967年，格雷森明白了对每个簇射都进行立体观测的优越性，而卡西迪研究组正处在可以实现这一想法的位置上。我们知道，计算宇宙射线能量的第一步是，确定簇射在空气中的展开轴线。用单独蝇眼完成这件事首先要标明簇射产生的闪光是从哪个光电倍增管开始的。由于在光显示器半球上的显示，使得识别点燃的那些光电倍增管变得很方便。这些光电倍增管在夜空半球上形成一条线，它确定了一个空间平面，平面包含着簇射轴与蝇眼。这个平面被称作簇射检测器平面。传统蝇眼的办法是，根据每个光电倍增管的点燃时间，用计算的方法决定簇射轴在平面内的取向。这样就确定出簇射路径的实际几何情况。
如果用两只蝇眼观看同一个簇射，每只能确定自己的一个簇射检则器平面。采用快速分析程序，使两个平面相交出一条直线就能很快地确定簇射轴线的空间位置。对簇射进行立体观测所确定的簇射轴位置更加精确，这是因为不再只是根据光电倍增管的点燃时间，而这个时间的准确性往往受反射镜不完善等问题的影响。经过对簇射轴估算的改进，加上用双蝇眼观测取得的簇射展开曲线，于是就得到了更好的初级宇宙射线能量表述。从1985年以来，这两台检测装置在犹他州西部的荒漠地区采用双眼立体观测的办法观测到许多簇射。为卡西迪及其研究组积累了很大的一套精良的簇射测量资料。不过，能用双眼立体观测方法检测的簇射还需要具备稍特殊的几何特点，另外的许多簇射资料是只用原来的蝇眼Ⅰ取得的。在探索不可思议的宇宙射线带来的更多信息时，〃双眼〃观测数据和〃单眼〃观测数据有着不同的用途。
Akeno（明野）巨型空气簇射阵列
在讨论蝇眼和同类其他大型装置发现了一些什么之前，需要先说说最近巨型阵列的运转情况。1975年，若干个日本的大学在以Akeno（明野）农区为基地的一系列初次建立从未有过的更大实验中开始工作。这个地方在东京以西200千米。随着阵列的由小到大，从1984年的1平方千米至20平方千米，到1991年的100平方千米，观测站在视野和重要性方面也由小变大。当前，这是以往建成的最大地面阵列，是人们见过的世界上最大的科学实验。按照传统地面阵列，100平方千米的Akeno巨型空气簇射阵列AGASA，使用了100多个塑料闪烁检测器，用来测量到达地面的空气簇射。另外还有一套（30台）混凝土覆盖着的附加检测器，是为测量簇射产生的贯穿力很强的μ子成分而建造的。
在半农村式的Akeno地区，实验者们既享福又受苦。一方面，把检测器安置在牧场中部和城镇住宅后院需要商谈的技巧，而林斯利在火山牧场或卡西迪在达格威就不需要进行商谈。另一方面，道路网和电力线等基础设施已经存在，使得对检测器提供能源和服务变得容易，甚至能把每个检测器都用光纤与中心数据收集站连结起来。AGASA检测器当前是一套最先进的仪器设备，这套地面阵列具有无与伦比的灵敏度和多种功能。它曾取得几项重大发现，而且仍然具有另外5年到10年的运转寿命。下面我们就要描述它的某些发现。中心问题十分明确，这些宇宙射线是什么？它们是从哪里来的？
对最高能宇宙射线我们知道了什么？
进行了30年测量之后，值得注意的一个仍旧未变的情况是，还是没找到最高能粒子到达的显著优势方向。林斯利在火山牧场阵列首先提出这个结果，但是为了进一步证实这个结果许多研究组继续勤奋地工作了二十来年。早年所期望的银河系平面上会成为这种粒子源点燃着的灯塔的那种景像并没有发生。从银河方向来的宇宙射线和从天空任何其他方向来的同样多。换句话说，看来到达方向的各向同性的程度很高。这种局面之所以能引起人们的兴趣正是由于感到它不可理解！如果宇宙射线确实是在我们自己这个星系以内加速到巨大能量的，那么预期在银河方向上就会看到较多事例。这就得设想，宇宙射线在最高能量情况下星系磁场对它的路径作用很弱，它基本上按直线行进。或许我们所掌握的磁场强度是错误的，或者我们关于宇宙射线在其轨道上所带电荷的认识是错误的，我们将要看到这都不大可能。而另一方面，或许这种粒子是由我们星系以外产生的，我们希望在星系间的宇宙空间磁场更弱，这样在粒子通过非常大的距离时，路径应当比较直。然后我们就能预期看到高能�
