Земята е бомбардирана от космически. Не, това не е цитат от научно-фантастичен трилър, но в реалност - нашата планета е постоянно "черупка" на потока от заредени частици от дълбокия космос
В сблъсъци с газ атоми в състава на въздуха космически частици започват разклонение вериги на ядрени реакции, които произвеждат множество вторични продукти. Има губи в атмосферата с енергията на протона в десетки и стотици TeV поражда други високо енергийни частици, които са разпръснати по околните атоми и причина живот на следващото поколение на частици. В резултат на това на въздушния басейн на каскадата е създаването на частици, много от които са нестабилни и бързо се разпадат. Така че има много въздух душове, които за пръв път се наблюдава от Дмитрий Skobeltsyn в края на 1920 година.
Съставът на "черни"
радиационни душове
По данни на НАСА, космическите лъчи от 98% се състоят от бариони (протони и алфа частици - хелий ядра). В сблъсъци с ядрата на атомите в атмосфера на газ, те генерират множество фрагменти и заредени и неутрални частици, които от своя страна се сблъскват с ядрата на атомите и разлагат причина "душ пространство"
От падащото до душовете
Регистрирайте обширни душове - лесно. На квадратен километър горната граница на атмосферата в средната една частица с енергия от 10 на 19 ЕГ пада всяка година, а частица с енергия от 10 на 20 ЕГ пресича същата област много по-рядко от веднъж на век. Следователно, за откриване на душове, генерирани от тези частици се изгради Съоръжение гигантски размер. По този начин, на главния комплекс на Оже обсерватория Пиер, който е член на 1600 резервоарите с вода свъхчиста и радиационни датчици Серенков разпръснати върху площ от 3000 km 2.
Отговаря за формирането на два вида процеси душ - адронен и електромагнитни. Основно протон се сблъсква с атомното ядро и тя се разпада на парчета. Ако енергията му не надхвърля няколкостотин MeV, всичко идва към своя край и, въпреки че протоните с енергия в размер на десетки и стотици GeV причина има много по-сериозни последици. След първия сблъсък продължава като протонен движение на ниска енергия (около 30% от първоначалното). По време на тази среща, като правило, се раждат заредени и неутрални пиони, но може да има по-масивни частици. А обвинен Пион се сблъсква с ядрото на друг атом, и води до нови ядрени процеси, или нямат време да го направя, и се разпада на един мюон има същия знак и мюон неутрино (има друг разпад канал, но неговата вероятност е много малка). Muon, чиито огромен по стандартите на елементарните частици живота измерени в микросекунди двойка, които се движат по почти със скоростта на светлината и взаимодейства с много слабо ядра, губи малко енергия само при преминаване през техните електронен слой. И така, той има отлична възможност да се достигне до повърхността на земята и дори да проникне дълбоко в земята.
Накрая мюони също се разпадат, и почти винаги по един електрон или позитрон (в зависимост от знака) и чифт неутрино, мюони и електрони. Неутрално Пион, която живее около сто милиона пъти по-малко заредена, по-вероятно, с нищо, за да се изправи и да се превърне в атмосферата в рамките на няколко фотони на гама-лъчение. Те са разпръснати от атомите и генерира електрон-позитрон двойки и позитрони бързо унищожи помежду си, което води до нови гама лъчи. Така работи електромагнитния душове каскада, водеща до раждането на мека компонент на космическа радиация. В същото време основният протон, макар и даде част от енергията, а не е имал време да се разбият пионите и други нестабилни частици продължават да се занимават с атомни ядра, което води до всички нови силно взаимодействащи частици адронен каскада. По време на всички тези трансформации се случват не само божури, но и други адрони, като каоните и хипероните.
Атмосферата при пожар
Космическите лъчи са много реално въздействие върху земната атмосфера. Ако протони те просто се прекъсне задник ядро, техните по-масивни партньори се да разбие на парчета (например, транспортиран от сърцевина пространство магнезий може да се раздели на шест алфа-частици). Две такива реакции заслужават специално внимание. Сред вторични продукти космическите лъчи генерират неутрони, част от тях, така че забавянето в сблъсъци с атоми на въздух, който се слива с атмосферните азотни ядра. По този начин 15-км височина възникне нестабилно ядро въглероден изотоп 14С с полуживот от 5730 години. Комбинира с кислород, образува радиоактивен въглероден диоксид 14 СО2. която е наравно с конвенционален въглероден диоксид се абсорбира от растенията и участва в фотосинтеза. Този факт е в основата на техника радиовъглеродно датиране, което се използва широко в палеонтологията и археология. Използването на въглерод-14 и още много други дълго живеещи радиоактивни изотопа берилий 10 Бъдете космически произход дори да реконструира историята на интензивността на трептене на самите космически лъчи на дълбочина до 200 000 години (този ред на научните изследвания, наречен експериментален paleoastronomiey).
Въздушни душове могат да инициират и ultrarelativistic електрони, идващи от космоса. Въпреки това, те не попадат рядко, защото плътността на електроните е много малък. В пространството те се срещат в изобилие, но бързо се забави разпръснати на фотоните и излъчват електромагнитни вълни, когато преминават през магнитното поле. Ето защо, на електроните с енергии от около 1000 GeV идват на Земята само на сравнително близки източници, разстоянието до които не повече от 3000 светлинни години. Космически високо енергийни протони обхващат неизмеримо по-големи разстояния.
Плътността на енергията на първичното космично лъчение в околностите на Слънцето е около 1 ЕГ / см 3. Тонизиране те осигуряват нашата планета е много стабилна и е приблизително 100 MW. Тази стойност е два милиарда пъти по-малка от енергията на слънчевата светлина, но са сравними с енергийния инцидента на звездната светлина Земята. Въпреки това, космически лъчи, за разлика от звезди, не вдъхновяват поети - те са невидими.
Тайната на произхода на
Расови почти всички космически частици доста надеждно установени. През 1934 г. американските астрономи Фриц Цвики и Валтер Baade спекулира, че те могат да бъдат източник на експлозии на свръхнови. През 1950, тази хипотеза е силно укрепен и оттогава е считан за стандарт.
Въпреки това, тя скоро отговаря очевидно възражение. Естествено е да се предположи, че лъвският пай от космически лъчи в нашата галактика се ражда. Въпреки това, звездите, включително супернови, са съсредоточени в екваториалната плоскост на Млечния път (по-точно, да лежи в спиралните ръкави), а лъчите, идващи към Земята от всички посоки. Фактът, че протони и други заредени частици се движат в пространството по никакъв начин не просто. Те се размножават извит път галактически магнитно поле и сблъсъци с атоми и молекули, диспергирани в междузвездното пространство. Ситуацията се усложнява от факта, че частиците са космическите лъчи създават свои собствени магнитни полета, които са наложени върху общия поле галактика и се деформират, неговата структура. Така, че движението на частиците от източника към Земята е много объркващо и стайлинг му в последното десетилетие създадохме много сложни компютърни кодове.
Ще свръхновата на енергия за производство на космически лъчи? Както вече бе споменато, плътността на енергията до слънцето е 1 ЕГ / cm 3; Средната плътност в целия галактически диск може да бъде по-голям, но вероятно не повече от 2 EV / см 3. Тъй като обемът на диска 67 е 10 см 3. Общият размер на максимум енергийни космически лъчи е 2 × 10 67 ЕГ, или 10 × 55 6 ерг. Средната живот на странстващ космическите лъчи частици в нашата галактика се оценява на 15 милиона години, или 5,4 × 14 октомври с. Коефициентът на тези стойности, равни на 6 х 10 40 ерг / и, равен на средната енергия на който всяка секунда губи да се поддържа стабилна плътност на космическа радиация. От друга страна, supernew експлодира в нашата галактика не по-малко от веднъж на 50 години или по-малко от 1,5 × 10 9, а всяка експлозия излъчва частици със средна обща енергия от 10 до 50 ерг. Така че всяка втора генерация на енергия е най-малко 6 × 10 40 ERG - толкова, колкото е необходимо. Странното е, че тази приблизителна оценка, тя работи върху хипотезата Цвики и Baade.
Енергийна космически протони, която достига околностите на нашата планета, които варират от 10 8 до 10 20 ЕГ. Смята се, че почти всички от тях, с изключение на много редки частици в горната граница на този диапазон, ускорени от шокови вълни, които съпътстват експлозии intragalactic супернови. Такова експлозия излъчва пространство на умиране звезда външната обвивка материал при скорости до десет процента от скоростта на светлината. Това е много по-скоростта на звука в междузвездното пространство, което води до появата на шокови вълни. Така роден хаотични магнитни полета, които причиняват протоните да скочи между няколко шок вълни фронта и не са подложени на свиваем вещество междузвездното среда. На всеки подскача протонни с кинетична енергия се увеличава в резултат на енергията на ударна вълна.
Сърфиране в супернови
Заредените частици се ускоряват до космическите лъчи огромна енергия на свръхнова ударната вълна скокове дори некомпресирано вещество междузвезден газ, както сърфист ускорява надолу от гребена на вълната
Протоните, които се подлагат на максимален брой преходи, печелят най-висока енергия, но са числено малцинство. В резултат свръхнова експлозия отделя изобилие пространство водороден ядро с енергия 12 ЕГ до 10, но в много по-малки количества генерира частици с високи енергии. "Този механизъм се обяснява и ускоряването на протоните и комбинирани ядра на енергия от порядъка на 16 октомври ЕГ, - казва професор по астрономия и астрофизика в Университета на Чикаго Ангела Olinto. - Възможно е, че експлозиите на най-масивните звезди срутване протони разпръсне още преди 18 октомври ЕГ. Възможни източници на протони на високите енергии в рамките на Млечния път не са били открити, така че те почти със сигурност ще идват от други галактики. "
supernew експлозии и свръхбързи генерират електрони и позитрони. Въпреки това, тези частици са лесно разпръснати и се забавиха в междузвездното пространство и в голямата си част нямат време да стигнат до Земята (а също и позитрони унищожи). Ето защо, като делът им в първичното космично лъчение е малка, а енергията не е твърде висока.
Лъчи шампиони
Но без значение колко е настъпила протони с енергия на стотици EEV, техните източници, които не са толкова далеч от нашата галактика - поне не в космологичните разстояния. По време на пътуване в космоса, те взаимодействат с кванти CMB, плътността на което е около 400 фотони на 1 cm 3. Тези сблъсъци водят до пиони като положително заредена, и неутрален. Натоварени божур се появява заедно с неутрони, след което двете частици дезинтегрират - първо много бързо през втората минута. Неутрален Пион, която се разпада по-бързо, ще се появи във връзка с протонна чиято енергия е значително по-малък от родителски енергийни частици (същото се отнася за протоните, родени в резултат на неутрони разпадане). В резултат, над 50 Mpc разстояния от източник (160 милиона светлинни години) не остават протони с енергия по-голяма от 50 EEV. Този ефект в средата на 1960 прогнозира професор в университета Корнел и след това персоналът Кенет Грей LPI Георги Zatsepin и Вадим Кузмин.
мюон metrofizika
Космическите лъчи са изследвани с помощта на детектори, монтирани в повърхностните и подземни центрове за наблюдение на самолети, балони с горещ въздух и космически кораб. Един такъв обсерватория 10 години са действали по консервирани приюти в станции на Москва метростанция "Kropotkinskaya" и "Парк Kultury". Както каза да "PM" професор и консултант катедра Физика Ирина Rakobolskaya там в края на 1960, са инсталирани 144 мулти-камери, които записват мюони, генерирани от първични нуклоните с енергии нагоре до 15 октомври -10 16 ЕГ. Мюони оставят следи върху стека лист едностранно рентгенов филм с обща площ от 4000 м 2 притиснати оловни плочи. Москва физици, получени интересни резултати, които могат да се коригират грешките, направени от американските им колеги.
Върви по пътека
По пътя към нова физика
Втората възможност е да се използват най-енергичните космически частици като един вид добавка към базираната в Женева Големия адронен ускорител. Последиците от сблъсъци на частиците с атомите на въздуха зависи от енергията в координатна система, свързана с центъра на масово двойки "атом частиците." Тя е много по-малко от енергията си на стотици поредни EEV в лаборатория рамката, но все пак десет пъти по-голяма от съответната енергия постижимо в експериментите в LHC. Ако се регистрирате детайлите на различните компоненти на широка душ, можете да получите информация за процесите, непосредствено след първата среща "майки" частици.
Има и по-екзотични търсене линия. Някои данни показват, че 2-3% от частици с енергии от порядъка на 10 EEV лети от BL Lac обекти, мощни източници на електромагнитно излъчване в ядрата на някои галактики. В близост до Млечния път те просто не, те се отстраняват от нас с най-малко петдесет MPC. Въпреки това, фактът, че нито един от известните неутрални частици билета такова разстояние не е така. Протоните и атомни ядра са в състояние на това, но те ще бъдат отхвърлени в междугалактически магнитни полета, на които големи ъгли от посоката на очакваните latsertidy източници, отколкото се появи. Така възниква въпросът: Няма ли тук някаква нова физика "?
Свързани статии