Сегодня будут проходить космические лучи: Что такое космические лучи и что о них известно

Что такое космические лучи и что о них известно

Люди всегда стремились как можно лучше узнать Вселенную. Но, поскольку полеты к звездам долго оставались чем-то из разряда фантастики, человечество научилось пользоваться подсказками, которые нам дает сам космос

Что такое космические лучи?

Кроме электромагнитного излучения и гравитационных волн, на Землю каждую секунду прилетает множество космических частиц. Их называют космическими лучами. Северное сияние, охота на которое в последние годы стала настоящим трендом — тоже частицы, прилетевшие из космоса, а именно от Солнца.

Однако ученым интересно изучать те лучи, которые достигают планеты из-за пределов Солнечной системы.

Что такое космические лучи и почему у них так много энергии?

Любое вещество состоит из протонов, электронов и нейтронов. Нейтрон — весьма нестабильная частица, поэтому в тех космических лучах, которые проделали долгий путь, нейтронов нет: они распадаются по дороге к Земле. Остаются только протоны и электроны. Однако кроме единичных электронов и протонов в потоках космических лучей могут быть и позитроны (античастицы электронов), и антипротоны. Таким образом, на Землю из космоса постоянно прилетают:

• протоны;
• электроны;
• позитроны;
• антипротоны;
• ядра элементов.

Как ученые открыли космические лучи

Ученые далеко не сразу поняли, что является источником это излучения, земная кора или космос. Чтобы ответить на этот вопрос, была проведена серия экспериментов.

Первый эксперимент провел австрийский и американский физик Виктор Гесс, получивший за открытие космических лучей Нобелевскую премию в 1936 году. Его идея была проста: сесть в гондолу воздушного шара и лететь вверх, периодически замеряя количество загадочных частиц. Если их будет становиться все больше, значит, эти частицы прилетают из космоса.

Второй эксперимент менее известен и был проведен немного позже, в Италии. Его идея такова: чтобы понять, является ли источником загадочных частиц земная кор, необходимо от нее удалиться на некое расстояние и также замерить количество частиц. При этом необязательно лететь вверх, достаточно сесть в лодку и уплыть на ней как можно дальше от берега. Чем глубже больше будет толща воды, тем дальше земная кора.

В результате серии таких экспериментов ученые пришли к выводу, что поток частиц не изменяется, как бы глубоко ни находилось дно. Значит, чем бы ни являлись эти частицы, их точно излучает не земная кора.

Откуда у космических частиц столько энергии?

Этот вопрос в науке оказался вторым по степени важности. Особенно в первой половине XX века, когда люди еще не умели строить мощных ускорителей, а эксперименты проводить хотелось. Проблема в том, что «вручную» ускорить частицы до таких высоких значений крайне трудно: их энергия в сотни миллионов раз больше, чем энергия частиц в Большом адронном коллайдере.

К примеру, самые сильные космические лучи обладают такой же энергией, как теннисный мяч при подаче профессионального теннисиста. Для микрочастицы это очень много. Этой энергии вполне хватает, чтобы выводить из строя приборы на земной орбите.

Но откуда берется эта огромная энергия в космосе, долго оставалось загадкой. Ученым было ясно одно: эти загадочные космические «ускорители» находится точно не в нашей Галактике.

Галактика Млечный Путь, как и все прочие, обладает магнитным полем. Частицы космических лучей это поле «чувствуют», а значит, двигаются в нем по искривленным траекториям. Насколько магнитное поле может искривить траекторию частицы, зависит от ее энергии: чем выше энергия частицы, тем труднее заставить ее отклониться от изначального пути. Поэтому частицы относительно небольшой энергии легко «запутываются» в галактическом магнитном поле и накапливаются там, долго не покидают Галактику. А частицы самой высокой энергии улетают быстро, фактически не замечая магнитного поля.

Откуда прилетают космические лучи?

Казалось бы, задача простая: зарегистрировать вспышку в небе — свидетельство о прилете космической частицы, — посмотреть на нее через телескоп и понять, что является ее источником. Но оказалось, что это далеко не так просто.

Преодолевая миллиарды световых лет, даже частицы очень высокой энергии оказываются чувствительными к влиянию магнитных полей различных космических объектов и потому немного сбиваются со своей траектории. Поэтому нельзя узнать точно, откуда они прилетают.

Впрочем, ученые нашли способ решить эту задачу: они стали наблюдать за другими частицами — нейтрино. Их особенность заключается в том, что они совсем не чувствительны к влиянию магнитного поля. И вполне вероятно, что нейтрино рождаются в тех же местах, где и ускоряются космические лучи сверхвысокой энергии.

Нейтрино высоких энергий регистрируют с помощью детекторов:

• IceCube — на антарктической станции Амундсен-Скотт,
• Байкальского нейтринного детектора (Baikal-GVD) — на дне озера Байкал,
• ANTARES — в Средиземном море.

Нейтринные детекторы регистрируют довольно большое количество частиц высоких энергий. Это помогло обнаружить интересные совпадения, когда астрономы видели вспышку в гамма-диапазоне и избыток нейтрино высокой энергии на установке IceCube — и это происходило одновременно. Это значит, что можно почти наверняка утверждать, что источник гамма-излучения является одновременно и источником нейтрино высоких энергий. Не исключено, что такие объекты и ускоряют космические лучи высоких энергий. Кстати, одна из гипотез: эти «ускорители» могут быть активными ядрами галактик.

Каждая галактика имеет в центре черную дыру. Эта черная дыра притягивает вещество. Вещество, попадая в черную дыру, часто образует диск вокруг. Лишнее вещество из внутренней части этого диска выбрасывается в виде двух струй — джетов. Теоретически они могут быть очень хорошим источником частиц высокой энергии и космических лучей.

Как космические лучи помогают изучать Солнце

Поскольку интенсивность потока космических лучей тесно связана с солнечной активностью, с их помощью ученые могут изучать Солнце на масштабе многих сотен световых лет. Для этого есть два способа:

1. Космические лучи провоцируют появление новых химических элементов (например, бора и бериллия) — они образуются в результате реакции скалывания из ядер других элементов, прилетевших на Землю.
2. Частицы космических лучей взаимодействуют с веществом атмосферы и рождают редкие изотопы. Эти изотопы оседают на поверхность, и ученые могут обнаруживать их во льду или в спилах деревьев.

Опасны ли космические лучи для человека?

Хоть частицы из космоса могут выводить из строя технику на орбите, для человека они не представляют особой опасности.

Человечество от космических лучей надежно защищает атмосфера Земли и Солнце. Чем выше активность Солнца, тем меньше космических лучей попадает к нам из Галактики и внегалактического пространства.

Впрочем, некоторое количество радиации из космоса попадает на Землю: космические лучи все-таки создают небольшой уровень радиоактивности. Однако даже регулярные авиаперелеты, если вы не член экипажа и не летаете ежедневно, не слишком вредят здоровью. Более того, краткосрочное радиоактивное облучение не нанесет существенный урон даже космическим туристам.

Скорее, опаснее была бы обратная история: если бы космических лучей вдруг не стало. Это привело бы к эффекту дистиллированной воды, то есть полному исчезновению естественного радиоактивного фона. Такое обстоятельство, конечно, уменьшило бы количество мутаций в нашей ДНК, но, как известно, мутации бывают не только вредными, но и полезными. В конце концов, это важная часть человеческой эволюции.

Что такое космические лучи и как они влияют на нашу жизнь

Уникальная научная установка НЕВОД, созданная учеными НИЯУ МИФИ, — это один из самых интересных экспериментальных комплексов для исследования космических лучей в России и мире. Разбираемся, как он работает

Поймать мюон: для чего ученые охотятся за космическими частицами?

Жизнь и ее развитие на Земле во многом подчинены законам и процессам, происходящим во Вселенной. Действие гравитации, океанические и морские приливы и отливы и другие привычные для нас явления существуют в результате постоянного взаимодействия нашей планеты с космическими соседями — Солнцем и Луной.

Что такое космические лучи

Космические лучи — одно из интереснейших и не до конца изученных явлений, которое оказывает значительное влияние на жизнедеятельность нашей планеты. Лучи рождаются в глубинах космоса, но их происхождение до сих пор остается загадкой.

Лучи представляют собой протоны и ядра различных атомов, которые движутся в космическом пространстве с высокими скоростями. Некоторые из этих частиц, достигающих Земли, обладают колоссальной энергией, в миллионы раз превышающей энергию частиц в Большом адронном коллайдере. Изучение потока и взаимодействия космических лучей с нашей планетой, а также поиск ответов на вопросы о их происхождении, открывают дорогу к Новой физике. Именно этим занимаются ученые, аспиранты и студенты НИЯУ МИФИ в Экспериментальном комплексе НЕВОД.

Как устроен НЕВОД

Экспериментальный комплекс НЕВОД (или НЕйтринный ВОдный Детектор) является уникальной по масштабам и возможностям установкой для регистрации и исследования космических лучей. Название НЕВОД перекликается с «рыбацкой сетью» для ловли космических частиц путем их регистрации в воде.

Комплекс включает в себя несколько физических детекторов и установок. Основа НЕВОДа — черенковский водный детектор, который работает с излучением, названным в честь открывшего его советского ученого Павла Алексеевича Черенкова. Черенковское излучение представляет собой свечение, вызываемое движением заряженной частицы в прозрачной среде, когда ее скорость превышает скорость света в этой же среде.

Ничто не может двигаться быстрее света в вакууме, но в веществе скорость света может быть значительно ниже. Если частица проходит через прозрачную среду, например воду, ее скорость может быть выше, чем скорость света в воде. По аналогии можно представить истребитель, скорость которого больше, чем скорость звука: в этой ситуации сначала пролетит истребитель, а следом за ним появится звуковая волна. Тот же эффект происходит и в воде, где черенковское излучение находится в видимой части спектра, его можно увидеть своими глазами, например, при работе ядерного реактора.

Черенковское излучение широко используется в детекторах элементарных частиц. Так, основой комплекса НЕВОД является огромный бассейн объемом в 2 тыс. куб. м, в котором и происходит «захват» света от космических частиц. Для сравнения, если одновременно включить два крана в ванной, потребуется несколько месяцев, чтобы наполнить бассейн такого размера.

Для стабильной работы детектора и предотвращения коррозии металлов вода в бассейне должна быть очень чистой, поэтому в детекторе используется дистиллированная вода, а чтобы избежать попадания внешнего света, бассейн накрывается стальными крышками и специальным дерматиновым покрытием.

Внутри бассейна квазисферические измерительные модули (КСМ) располагается в виде пространственной решетки. КСМ являются основным детектирующим элементом конструкции черенковского детектора. Они позволяют регистрировать черенковское излучение с помощью встроенных фотоумножителей.

Фотоумножитель — это высокочувствительный детектор света в различных диапазонах электромагнитного спектра. Каждый модуль имеет шесть фотоумножителей, которые направлены по всем осям координат, то есть смотрят в шесть разных сторон: вправо, влево, вверх, вниз, вперед и назад по отношению к центру модуля.

Модули в бассейне расположены в шахматном порядке на небольшом расстоянии друг от друга, что создает плотную пространственную решетку. Такая конструкция позволяет регистрировать частицы с любого направления с практически одинаково высокой эффективностью и измерять черенковское излучение с высокой точностью. Это уникальная особенность квазисферических модулей, создание которых было отмечено премией Ленинского комсомола. Их концепция на десятилетия опередила время, подобные измерительные модули стали проектировать в Европе только спустя 30 лет.

Поймает всех

Другая значимая особенность — расположение самого комплекса НЕВОД: он находится на поверхности Земли, что нетипично для подобных детекторов. Обычно их размещают глубоко под землей или во льдах. Благодаря такому положению НЕВОД имеет преимущество и может регистрировать самые различные частицы, как «классические» для таких установок мюоны, так и другие. Что представляют собой эти частицы?

Рождаясь, космические лучи движутся в пространстве и попадают в гелиосферу — внешнюю оболочку Солнца. Там космические лучи начинают отклоняться и взаимодействовать с межпланетным магнитным полем и его возмущениями. Когда первичные космические лучи, которые состоят из ядер атомов, достигают атмосферы Земли, они сталкиваются с ядрами атомов азота и кислорода — основных газов атмосферы. В результате такого взаимодействия космических частиц появляются вторичные частицы — пионы, которые «живут» всего 0,03 микросекунды. Пионы распадаются на еще более мелкие частицы — мюоны, которые «живут» почти в сто раз дольше и успевают достигнуть поверхности Земли. Таким образом 70% частиц, доходящих до поверхности Земли, составляют именно мюоны, получившие название от буквы «мю» греческого алфавита.

Каждую минуту детектор площадью 10 м² регистрирует 80 тыс. таких частиц. Каждый детектор имеет монитор, который собирает полученные данные и контролирует процесс работы детектора. Мониторы располагаются в едином центре сбора информации, где аккумулируются и хранятся данные со всех систем и детекторов НЕВОДа.

Обуздать Солнце

Анализ зарегистрированных космических лучей чрезвычайно важен как для новых научных открытий, так и для практического применения в повседневной жизни. Во-первых, космические лучи — это мощный бесплатный ускоритель, который может быть использован для проведения экспериментов, аналогичных проводимым на ускорителях. Во-вторых, изучение космических лучей помогает понять деятельность Солнца и особенности солнечно-земных связей. Солнце — мощный термоядерный реактор, который определяет многие процессы на нашей планете. Активность Солнца нестабильна, там часто происходят различные вспышки, выбросы плазменных облаков.

Плазменные облака обладают очень высокой температурой и могут вылетать в разные стороны. Если облако движется в сторону Земли, это может привести к появлению сильных магнитных бурь и зон турбулентности, которые могут вывести из строя спутники, системы глобального позиционирования, нарушить авиационные маршруты.

Для распознавания таких явлений в комплексе НЕВОД была создана установка УРАГАН, предназначенная для изучения вариаций космических лучей, существующих в гелиосфере, магнитосфере, атмосфере. В режиме реального времени установка регистрирует потоки частиц со всех направлений, анализирует их распределение и различные вариации. Потоки частиц запечатлеваются в виде снимков, где интенсивность потока мюонов выделяется определенным цветом. Зеленый означает некоторое среднее значение, нормальный фон мюонов. Синий цвет — снижение интенсивности, а красно-желтый сигнализирует о возмущениях в направлении движения частиц. Такой процесс называется мюонной диагностикой и позволяет заранее обнаружить аномальные возмущения в магнитном поле Земли.

На пути к Новой физике

Таким образом, комплекс НЕВОД представляет собой уникальный исследовательский центр, не имеющий аналогов в мире. НЕВОД был разработан и создан силами студентов, аспирантов и ученых МИФИ, и является одним из самых масштабных университетских исследовательских центров. Сейчас перед работниками стоят задачи модернизации существующих и разработка новых детекторов для последующих вызовов и открытий в поисках Новой физики. Достижение поставленных целей сделает комплекс НЕВОД частью мировой сети научных центров класса мегасайенс.

Космические лучи | NCEI

Часто задаваемые вопросы

• Что такое космические лучи?
• Откуда берутся космические лучи?
• Как и когда были открыты космические лучи?
• Сколько энергии у космических лучей?
• Сколько космических лучей попадает в атмосферу Земли каждую секунду?
• Как мы наблюдаем космические лучи?
• Космические лучи низкой энергии производятся внутри нашей Галактики?
• Где производятся космические лучи очень высокой энергии?
• Как меняется состав космических лучей с энергией?
• Что мы можем узнать из направления прибытия космических лучей?
• Существует ли максимальная энергия космических лучей?
• Какая самая высокая энергия когда-либо наблюдалась в космическом луче?
• Что означает для космического луча иметь энергию 1020 Ev?
• Почему общество должно поддерживать исследования космических лучей?

Что такое космические лучи?

Это очень энергичные заряженные частицы, которые постоянно бомбардируют Землю. Эти частицы обычно представляют собой протоны, но могут быть и более крупными ядрами. Когда такая частица сталкивается с земной атмосферой, она создает поток вторичных частиц с более низкой энергией, и наблюдается их достижение земли. На самом деле каждую секунду через наши тела проходит около сотни таких вторичных частиц. Воздействие космических лучей еще больше на больших высотах.

Откуда берутся космические лучи?

Ответ во многом зависит от энергии частицы, но краткий ответ заключается в том, что мы до сих пор не знаем. Часть проблемы заключается в том, что в отличие от света, который распространяется прямо от звезды к нам, космические лучи представляют собой заряженные частицы, и поэтому на них влияют магнитные поля, распространяющиеся по всему пространству. Магнитные поля заставляют низкоэнергетические космические лучи отклоняться по сложным траекториям, и в большинстве случаев мы не можем определить точку их происхождения. Считается, что космические лучи низкой и средней энергии, вплоть до энергий около 1018 эВ, исходят из галактики Млечный Путь. Космические лучи более высоких энергий могут иметь внегалактическое происхождение. Более подробную информацию по этой теме можно найти здесь.

Как и когда были открыты космические лучи?

В 1912 году ученый по имени Виктор Гесс поднял на большой высоте на воздушном шаре инструмент, называемый ионизационной камерой. Ионизационная камера — это устройство, которое регистрирует прохождение заряженных частиц. Когда Гесс совершал подъем на воздушном шаре, ионизационная камера регистрировала меньшее количество частиц на высоте до 2000 метров. Интерпретация состоит в том, что часть этой ионизации связана с естественной радиоактивностью Земли, и ее влияние уменьшается с высотой. Однако на высоте более 2000 метров он зафиксировал больше частиц, и увеличение количества частиц стало еще более быстрым, когда его воздушный шар достиг максимальной высоты 5350 метров. Гесс правильно предположил, что это увеличение произошло из-за радиации, поступающей в атмосферу из космоса. Однажды он полетел на воздушном шаре во время солнечного затмения и не обнаружил снижения ионизации. Из этого он сделал вывод, что излучение исходило не от Солнца, а откуда-то еще. Теперь мы знаем, что большая часть этого космического излучения исходит далеко за пределы Солнечной системы.

Сколько энергии имеют космические лучи?

Обладают очень широким диапазоном энергий. Самые слабые из них имеют энергию около 1 000 000 000 электрон-вольт, что примерно соответствует минимальной энергии, необходимой для того, чтобы частица попала из-за пределов Солнечной системы через намагниченный солнечный ветер. (Намного легче работать с очень большими числами, записывая их в экспоненциальной записи. Например, мы можем записать 1 000 000 000 как 1 x 109.) Космические лучи с самой высокой энергией, когда-либо зарегистрированные, имели энергию около 1 x 1020 эВ. Напротив, искусственные частицы с самой высокой энергией, производимые очень дорогими машинами, называемыми ускорителями, имеют энергию около 1 x 1012 эВ.

Сколько космических лучей падает на атмосферу Земли каждую секунду?

Скорость космических лучей, достигающих нас, быстро падает по мере увеличения энергии космических лучей. Для частиц с энергией 1 ГэВ скорость составляет около 10 000 на квадратный метр в секунду. При 1000 ГэВ (или 1012 эВ) скорость составляет всего 1 частицу на квадратный метр в секунду. Скорость начинает уменьшаться еще быстрее около 1016 эВ, где всего несколько частиц на квадратный метр в год. Частицы с самой высокой энергией, выше 1019эВ, поступают только со скоростью около одной частицы на квадратный километр в год.

Как мы наблюдаем космические лучи?

Технология регистрации ливней космических лучей с годами совершенствовалась. Сначала их изучали с помощью таких приборов, как ионизационные камеры, счетчики Гейгера и камеры Вильсона. Эти приборы регистрировали сигнал при прохождении через них энергичной заряженной частицы. В конце 1920-х годов французский ученый Пьер Оже с помощью этих методов открыл явление обширных атмосферных ливней. Он обнаружил, что очень энергичные космические лучи способны создавать потоки вторичных частиц, которые распространяются на большую площадь до сотен метров. Эти методы обнаруживают только частицы, достигающие земли, но не говорят нам о том, как развивается ливень космических лучей в атмосфере.

В 1980-х годах был разработан новый метод, основанный на явлении атмосферной флуоресценции. Когда заряженная частица проходит близко к молекулам в атмосфере, она передает молекулам некоторую энергию, фактически «встряхивая» находящиеся внутри электроны. Молекулы реагируют, излучая свет, когда их электроны возвращаются к своему нормальному расположению, и этот свет известен как флуоресценция. Молекулы азота, составляющие большую часть воздуха, излучают синий флуоресцентный свет. Этот свет можно обнаружить с помощью чувствительных инструментов, называемых фотоумножителями. Тем не менее, свет настолько слаб, что его можно наблюдать только в безлунные ночи без облаков. Этот метод был успешно использован в эксперименте Fly’s Eye в Юте, а также будет использоваться в будущих экспериментах, включая HiRes и обсерваторию Пьера Оже.

Другой метод, полезный для измерения космических лучей, достигающих земли, использует явление, называемое эффектом Черенкова. В прозрачных материалах скорость света меньше, чем в вакууме (300 000 километров в секунду). В воде, например, свет распространяется со скоростью 70% своей скорости в вакууме. Когда заряженная частица с высокой энергией, такая как космические лучи, проходит через воду со скоростью, превышающей эту, она создает ударный световой фронт, который распространяется конусом вокруг частицы. Фотоумножители, помещенные в воду, обнаруживают черенковский свет. Массив этих детекторов использовался в эксперименте в Хавера-парке, Англия, более 20 лет до 19 века.91. Резервуары с водой, использующие фотоумножители для наблюдения черенковского света, также используются обсерваторией Пьера Оже.

Космические лучи низкой энергии производятся внутри нашей Галактики, Млечного Пути?

Мы думаем, что это может быть правдой. Мы знаем, что Солнце производит космические лучи очень низкой энергии. Однако мы считаем, что подавляющее большинство космических лучей исходит из-за пределов Солнечной системы. Результаты со спутника Compton Gamma Ray Observatory сообщают нам информацию о распределении гамма-лучей (фотонов очень высокой энергии) в небе. Мы ожидаем, что гамма-лучи образуются при взаимодействии космических лучей с диффузным газом в нашей галактике Млечный Путь. Спутниковые данные показывают, что интенсивность этих гамма-лучей падает с увеличением расстояния от галактического центра. Это произошло бы, если бы космические лучи более низкой энергии производились в центральной выпуклости галактики. Взрывающиеся звезды, называемые сверхновыми, могут быть ответственны за производство многих космических лучей в нашей галактике.

Где производятся космические лучи очень высокой энергии?

Точно никто не знает. Мы считаем, что космические лучи с энергиями примерно до 1017 или 1018 эВ задерживаются внутри нашей галактики Млечный Путь магнитными полями. Космические лучи с более высокими энергиями вырвались бы из галактики и блуждали по огромным расстояниям межгалактического пространства. Космические лучи очень высокой энергии, испускаемые другими галактиками, также могли бы добраться до нас.

Как изменяется состав космических лучей в зависимости от энергии?

Когда мы спрашиваем о составе, мы спрашиваем, из чего состоят космические лучи. Это протоны, электроны или что-то еще? Как обсуждалось выше, космические лучи низкой энергии состоят в основном из протонов и легких ядер. Измерения, проведенные на высотном воздушном шаре, Японо-американский кооперативный эксперимент с эмульсией (JACEE), показывают, что по мере увеличения энергии космических лучей доля более тяжелых ядер также увеличивается. Это говорит о том, что по мере того, как энергия достигает около 1015 эВ, тяжелые ядра становятся доминирующим компонентом. Однако для эксперимента на спутнике или воздушном шаре, такого как JACEE, очень сложно изучать частицы с такими высокими энергиями. Это связано с тем, что поток очень мал, а площадь детектора, которую можно разместить на борту спутника, очень мала. Лучшей альтернативой является использование наземного детектора для отбора энергий обширных атмосферных ливней и косвенного вывода об энергиях частиц. Ситуация осложняется тем, что в способах развития ливня много флуктуаций, но, как правило, тяжелые ядра начинают высыпаться выше в атмосфере, чем легкие ядра. Наблюдения показывают, что при самых высоких энергиях очень мало более тяжелых ядер, а космические лучи в основном состоят из протонов. Этот вопрос до сих пор является предметом серьезных исследований.

Что мы можем узнать из направления прибытия космических лучей?

Поскольку космические лучи отклоняются магнитными полями, мы ожидаем увидеть их приход со всех сторон. Да, и на самом деле отклонение от направленной однородности или анизотропии составляет менее 1%. Поскольку Земля вместе с Солнечной системой движется через галактику со скоростью 200 километров в секунду, мы ожидаем небольшую анизотропию из-за этого движения. Это называется эффектом Комптона-Геттинга: мы должны видеть немного больше космических лучей в направлении, в котором движемся. Пока мы еще не наблюдали этот эффект, хотя некоторые эксперименты должны быть достаточно чувствительными.

Космические лучи с самыми высокими энергиями меньше всего отклоняются магнитными полями. Основываясь на современном понимании магнитных полей в галактиках, эти лучи сверхвысоких энергий могут отклоняться менее чем на 3 градуса. Таким образом, можно сопоставить направления прибытия с известными астрономическими объектами, такими как близлежащие галактики. Установление этой корреляции открыло бы эру астрономии космических лучей.

Существует ли максимальная энергия космических лучей?

Существует прогнозируемая максимальная энергия 6 x 1019эВ, который был рассчитан Кеннетом Грейзеном в США и Г.Т. Зацепин и В.А. Кузьминым в Советском Союзе в 1965 году. Он называется отсечкой ГЗК в честь трех ученых, открывших ее. Пространство заполнено микроволновым излучением, называемым космическим микроволновым фоном, которое является остаточным излучением Большого взрыва. В то время как микроволновый фотон не обладает большой энергией, достаточно энергетический космический луч увидит, что длина волны фотона будет сжата из-за эффекта Доплера. С точки зрения космических лучей микроволновый фотон выглядит как гамма-луч. Столкновения между протонами (космическими лучами) и гамма-лучами изучались на ускорителях, и эти столкновения часто приводят к образованию частиц, называемых пионами, которые заставляют протон терять энергию. Столкновение в космосе между протоном космического луча и микроволновым фотоном привело бы к такому же образованию пионов. При каждом столкновении протон теряет примерно 20% своей энергии. Это происходит только для космических лучей, имеющих по крайней мере 6 x 1019эВ энергии, а это и есть предсказанный порог ГЗК. Таким образом, если космическим лучам придать начальную энергию больше этой, они будут терять энергию при повторяющихся столкновениях с космическим микроволновым фоном до тех пор, пока их энергия не упадет ниже этого порога. Ожидается, что это произойдет к тому времени, когда космический луч пройдет около 150 миллионов световых лет. Подводя итог, мы ожидаем увидеть очень мало космических лучей выше энергии отсечки ГЗК, если только нет «близких» источников.

Какая самая высокая энергия когда-либо наблюдалась в космическом луче?

Стоит упомянуть несколько событий. В 1960-х годах группа под руководством Джона Линсли построила наземную группу из 19 детекторов, расположенных на площади более 8 квадратных километров, на ранчо Вулкано, штат Нью-Мексико. В 1963 году его группа сообщила о наблюдении космического луча с энергией более 1020 эВ. С тех пор было построено несколько больших массивов детекторов для поиска космических лучей очень высокой энергии. Один из таких детекторов, названный Fly’s Eye и построенный в пустыне Юта, наблюдал поток космических лучей в 1991, который максимум содержал 200 миллиардов частиц в потоке. Энергия первичной частицы составляла 3 х 1020 эВ, самая высокая энергия космического луча из когда-либо наблюдавшихся. Хотя состав первичной частицы точно неизвестен, можно предположить, что это было ядро ​​умеренной массы (что-то вроде кислорода).

Что означает, что космический луч имеет энергию 1020 эВ?

Физики узнали, что один из способов понять природу — это классифицировать ее по размерам.