Observatorij Pierre Auger je mednarodni observatorij kozmičnih žarkov v Argentini, namenjen zaznavanju kozmičnih žarkov ultravisokih energij: subatomskih delcev, ki potujejo s skoraj svetlobno hitrostjo, vsak z energijo nad $10^{18}$ eV. V Zemljini atmosferi taki delci interagirajo z jedri v zraku, pri čemer nastanejo številni drugi delci. Sekundarne delce, ki tvorijo t. i. atmosferski plaz, lahko zaznamo in izmerimo ter tako pojasnimo izvor primarnih delcev najvišjih energij in njihove lastnosti, kot so energija, smer prihoda in vrsta delca (fotoni, protoni, atomska jedra). Ker pa ti visokoenergijski delci po ocenah priletijo z gostoto le približno enega na km2 na stoletje, ima observatorij detekcijsko površino 3000 km2, da lahko zabeleži zadostno število takih dogodkov. Leži v zahodnem delu province Mendoza v Argentini, v bližini Andov.
Observatorij za merjenje atmosferskih plazov združuje dve dopolnjujoči se tehniki. Sekundarni delci na poti skozi atmosfero vzbujajo molekule dušika v zraku, ki nato izsevajo fluorescenčno svetlobo. To svetlobo merijo veliki teleskopi. Poleg tega sekundarne delce, ki dosežejo tla, zaznava mreža detektorjev delcev. To so vodni detektorji Čerenkova, ki merijo svetlobo, ki jo izsevajo relativistični delci pri prehodu skozi rezervoar z vodo (slika 6).
Kolaboracija Pierre Auger je pokazala, da ima energijski spekter kozmičnih žarkov pri približno $10^{20}$ eV oster padec [14]. Ta padec je skladen z odrezom Greisen-Zacepin-Kuzmin (GZK), ki nastane, ker vesolje postane neprozorno zaradi resonančnih trkov protonov ultravisokih energij s fotoni kozmičnega mikrovalovnega sevanja ozadja s temperaturo 2,7 K. Že pretekle meritve kolaboracije so vzbudile dvome o tej razlagi, novejši rezultati pa so dodatno potrdili, da odrez GZK ne more pojasniti vsega in da celo njegov delež pri padcu ostaja nejasen.
Trki kozmičnih žarkov ultravisokih energij z molekulami v atmosferi omogočajo hadronske interakcije pri energijah, ki za en do dva velikostna reda presegajo težiščno energijo LHC. Čeprav je bil pri vključevanju rezultatov z LHC dosežen napredek, nekatere uganke ostajajo nerešene. Število mionov v simulacijah Monte Carlo je bistveno manjše od števila, izmerjenega v eksperimentalnih podatkih. Prav tako simulacije Monte Carlo pri nobeni smiselni sestavi kozmičnih žarkov ne opišejo globine, na kateri nastane večina mionov, ki dosežejo površje Zemlje.
Observatorij Pierre Auger je v okviru projekta AugerPrime nadgradil svoje zmogljivosti zaznavanja. Ključni del nadgradnje je bila namestitev plastičnega scintilatorja na vrh vsake postaje površinskega detektorja, ki omogoča dopolnilno meritev plazov in s tem rekonstrukcijo mionske in elektromagnetne komponente. Postaje površinskih scintilacijskih detektorjev (SSD) so nameščene po celotni 3000 km2 veliki površini površinskega detektorja (SD), ta pa je opremljen tudi z nadgrajeno elektroniko z višjo frekvenco vzorčenja in večjim dinamičnim razponom, kar izboljša zlasti meritve sestave kozmičnih žarkov. Nadgrajeni observatorij zajema podatke od leta 2023.
[14] A. Aab et al. (The Pierre Auger Collaboration) , “ Features of the Energy Spectrum of Cosmic Rays above 2.5×1018 eV Using the Pierre Auger Observatory”, Phys. Rev. Lett. 125, 121106, (2020).