Experiment with MultiMuon Array

Experiment with MultiMuon Array eli EMMA on rakenteilla oleva maanalainen kosmista säteilyä tutkiva koe. Koeasema sijaitsee noin 75 metriä merenpinnan alapuolella Pyhäsalmen kaivoksessa. EMMA-kokeessa toimivat yhteistyössä Oulun yliopisto, Jyväskylän yliopisto ja Venäjän tiedeakatemia.

Tutkimus
EMMA-kokeen tarkoituksena on tutkia polvialueen (1015 eV – 10ˑ1015 eV) kosmisia hiukkasia. EMMA:n koelaitteisto ei kuitenkaan havaitse suoraan tutkittavia kosmisia hiukkasia, vaan korkea-energisiä myoneita, jotka syntyvät kosmisen hiukkasen vuorovaikuttaessa ilmakehän kanssa.

Primäärisen kosmisen hiukkasen osuessa ilmakehän molekyyliin se hajoaa muiksi hiukkasiksi aiheuttaen Maapallon pintaa päin syöksyvän ilmasuihkun. Hyvin lähellä alkuperäisen kosmisen hiukkasen hajoamispistettä syntyy myoneita, joita EMMA:n laitteiston on tarkoitus havaita. Koelaitteistolla voidaan mitata myonien määrää, jakaumaa sekä myonisuihkun saapumissuuntaa.

Koelaitteisto

EMMA-kokeen koelaitteisto sijaitsee kaivoksessa maan alla, jolloin koelaitteiston yllä oleva paksu kalliokerros suodattaa ilmasuihkun kaikki muut varatut hiukkaset paitsi korkeaenergiset myonit. Myonilla onkin oltava vähintään 45 GeV:n energia tullakseen havaituksi maan alla EMMA-kokeen laitteistolla.

Koeasema koostuu erillisistä ilmaisinyksiköistä, joihin sijoitetaan lankailmaisimia, limited streamer tube -tyyppisiä ilmaisimia sekä tuikeilmaisimia Osa yksiköistä on asennettu paikoilleen ja joillakin voidaan jo tehdä mittauksia. 75 metrin syvyydelle sijoitetaan yhdeksän ilmaisinykköä T-kirjaimen muotoiseen kuvioon. Yhden ilmaisinyksikön pinta-ala on noin 15 m² ja kokeen kokonaisilmaisinpinta-ala tulee olemaan noin 130 m². Lisäksi suunnitteilla on rakentaa ilmaisinkokonaisuuteen pari ilmaisinyksikköä lisää ja sijoittaa ne eri kaivoskäytävällä noin 30 metriä yllä mainittua syvyyttä korkeammalle.

EMMA:n käytössä olevat lankailmaisimet olivat aiemmin LEP-kokeen DELPHI-koeaseman käytössä CERNissä. Lankailmaisimissa käytetään argonista ja hiilidioksidista koostettua kaasuseosta. Niiden paikkaresoluutio on noin 1 cm² ja myonin havaitsemistehokkuus 90–95 %. Tuikeilmaisimet sen sijaan on rakennettu juuri EMMA-koetta varten ja niiden tehtävänä on mitata hiukkasen tarkka saapumisajankohta muutaman nanosekunnin tarkkuudella parantaen lankakammioiden mittaustuloksia, sillä lankakammiot ovat suhteellisen hitaita ajanmittauksessa. Hiilidioksidikäyttöiset limited streamer tube -tyyppiset ilmaisimet ovat peräisin kosmisia hiukkasia tutkineesta Kaskade-Grande-kokeesta ja lankailmaisimien tapaan niilläkin hyvä paikkaresoluutio.

Laitteistolla on mahdollista määritellä suihkun keskikohta paremmalla kuin kuuden metrin tarkkuudella.

Rahoitus
EMMA-koetta ovat rahoittaneet Euroopan aluekehitysrahasto ja Suomen akatemia.

Lähteet

Aiheesta muualla
 EMMA-kokeen kotisivut

Hiukkasfysiikan tutkimuslaitokset
Hiukkasilmaisimet
Kosminen säteily
Jyväskylän yliopisto
Oulun yliopisto