Tangkap zarah dan faham Semesta

Tangkap zarah dan faham Semesta

Ilya Kudryashov
"Cat Schrödinger" №1-2 (15-16), 2016

Ilya Kudryashov – Calon Fizik dan Sains Matematik, Penyelidik Makmal Sistem Pengesanan dan Elektronik, Institut Fizik Nuklear. D.V. Skobeltsyna MSU. Salah satu tokoh penting dalam eksperimen angkasa "Nuklon". Di samping fizik, Ilya gemar pesawat kecil. Kerana hobinya pada musim panas tahun 2015, dia menjadi defendan dalam kes jenayah: saintis itu dituduh "merampas pesawat yang dimiliki oleh DOSAAF". Menurut Ilya, kapal terbang itu dipasang dari bahagian-bahagian yang dilupuskan, selain itu pemiliknya telah membayar jujurnya.

Kajian sinar kosmik akan membantu mengatasi tugas-tugas yang bahkan tidak dapat dilakukan oleh Collier Large Hadron.

Ilustrasi NASA

Pada tahun 2016, kapal angkasa Lomonosov, yang dibangunkan oleh saintis dari Moscow State University, harus dilancarkan ke orbit. Pelancaran itu dijadualkan pada 12 April, jika sudah tentu, kosmodrom Vostochny akan ditugaskan pada masa itu. Tetapi sekarang, di luar Bumi, kompleks perkakasan Nuklon, yang juga dicipta oleh ahli fizik di Universiti Moscow, sedang berfungsi. Matlamat kedua-dua misi ini adalah untuk mengkaji sinar kosmik – setelah memahami sifatnya, seseorang boleh belajar banyak tentang Alam Semesta dan tentang apa yang dekat dengan kita.

Di manakah caj mengalir keluar

Charles Augustin de Coulomb (1736-1806)
Jurutera Perancis dan ahli fizik, penyelidik fenomena elektromagnetik dan mekanikal. Unit caj elektrik dan undang-undang interaksi caj elektrik "border = 0>

Charles Augustin de Coulomb (1736-1806)
Jurutera Perancis dan ahli fizik, penyelidik fenomena elektromagnetik dan mekanikal. Unit caj elektrik dan undang-undang interaksi caj elektrik dinamakan selepasnya.

Sinar kosmik … Mungkin pembaca segera membayangkan pengembara misterius yang telah datang kepada kita dari jurang tanpa bintang, dan akan hampir tepat. Ia adalah "hampir" saintis-kosmophysics dan terlibat selama lebih dari seratus tahun.

Semuanya bermula pada tahun 1785, apabila ahli fizik Perancis, Charles Augustin de Coulon, meneroka sifat elektrik dengan elektroskop, mendapati bahawa cas itu secara kebetulan kebocoran dari lembaran foil walaupun dengan penebat elektrik yang terbaik. Penyebab fenomena ini tetap tidak diketahui selama lebih dari satu abad, sehingga pada tahun 1879 William Crookes tidak menunjukkan bahwa tingkat kebocoran caj menurun dengan penurunan tekanan udara dalam elektroskop. Dari sini, ahli sains British membuat kesimpulan: punca pelepasan dalam pengionan udara.Tetapi masih tidak jelas mengapa tiba-tiba udara mula mengion dan terus berbuat demikian untuk beberapa waktu. Misteri ini berterusan sehingga fenomena radioaktif ditemui pada pergantian abad ke-19 dan ke-20. Ternyata elektroskop dilepaskan lebih cepat di sekitar bahan radioaktif, dan selepas itu alasan yang sangat penting untuk pelepasan itu akhirnya menjadi jelas: zarah-zarah yang dipancarkan oleh bahan radioaktif dituangkan melalui peranti dan mengionkan udara di dalam, yang membolehkan tuduhan mengalirkan dari lembaran. William Crookes (1832-1919)
Ahli kimia dan fizik British. Dia turun dalam sejarah sebagai seorang lelaki yang menemui thallium dan pertama kali menerima helium dalam keadaan makmal "border = 0>

William Crookes (1832-1919)
Ahli kimia dan fizik British. Dia turun dalam sejarah sebagai seorang lelaki yang menemui thallium dan pertama kali menerima helium di makmal.

Tidak lama kemudian, ahli fizik British, Charles Wilson mendapati bahawa pertuduhan itu mengalir dari elektroskop walaupun tanpa adanya objek radioaktif. Kesimpulan tentang kewujudan latar radiasi, sumber yang sama ada Bumi, atau suasana, atau ruang, telah dicadangkan. Untuk menguji hipotesis ini, pada tahun 1912, ahli fizik Austria (kemudian) fizik Victor Hess membuat siri penerbangan belon.Beliau menjangkakan bahawa dengan ketinggian kadar aliran larian akan menurun, kerana dia menganggap Bumi sebagai sumber utama radiasi. Untuk mengejutkan seorang saintis, hasilnya bertentangan dengan berlainan: semakin tinggi pesawat meningkat, lebih cepat cajnya mengalir. Ia tetap hanya untuk menyimpulkan bahawa sinaran itu berasal dari langit – Hess menyebutnya "radiasi ketinggian."

Charles Thomson Reese Wilson (1869-1959)
Fizik British. Menerima Hadiah Nobel untuk penciptaan instrumen untuk merakam kesan zarah yang dikenakan ("Kamera Wilson"). "Sempadan = 0>

Charles Thomson Reese Wilson (1869-1959)
Fizik British. Menerima Hadiah Nobel untuk mencipta peranti untuk merakam kesan zarah yang dikenakan ("ruang Wilson")

Satu siri eksperimen yang dijalankan kemudian oleh banyak penyelidik menunjukkan bahawa radiasi ketinggian tinggi tidak hilang, sama ada pada siang hari atau pada waktu malam, atau bahkan semasa gerhana, bahawa kesan ini hampir sama di semua benua (di darat dan di laut) dan tidak bergantung kepada cuaca. Ia menjadi jelas bahawa sinaran itu tidak ketinggian tinggi, tetapi kosmik. 20 tahun kemudian, Hess menerima Hadiah Nobel, dan penyelidikannya berfungsi sebagai landasan untuk pengembangan bidang sains baru – fisika sinar kosmik.Sejak itu, ahli-ahli sains juga maju dalam kajian fenomena ini, tetapi soalan-soalan utama yang dikemukakan pada awal abad kedua puluh, jawapan yang tepat tidak boleh menyerah sekarang.

Bola tenis diameter untuk Jupiter

Victor Franz Hess (1883-1964)
Austria-Amerika fizik, pemenang Hadiah Nobel pada tahun 1936 untuk penemuan sinar kosmik (bersama-sama dengan Carl Anderson). "Border = 0>

Victor Franz Hess (1883-1964)
Austria-Amerika fizik, pemenang Hadiah Nobel pada tahun 1936 untuk penemuan sinar kosmik (bersama-sama dengan Carl Anderson)

Apa yang kita tahu tentang sinar kosmik? astrofizik moden mengatakan bahawa sinar kosmik – plasma kerelatifan collisionless, atau, untuk meletakkan ia hanya, elektron, proton dan unsur-unsur berat, terbang ruang di hampir kelajuan dan dengan itu boleh dikatakan tidak pernah bertemu antara satu sama lain. Kebanyakan sinaran kosmik dalam proton (kira-kira 94% daripada jumlah bilangan zarah), tetapi ada juga alpha-zarah (4%), dan nukleus semua elemen kimia lain dalam jadual berkala sehingga uranium. Elektron dalam sinar kosmik adalah kira-kira sepuluh ribu kali lebih kecil daripada proton dan positron lakukan adalah menghilang kecil.

Spektrum tenaga sinar kosmik diperluaskan oleh lebih daripada 10 pesanan: dari 1011 sehingga 1021 eV. Sebagai perbandingan: rasuk proton dalam Collar Hadron Besar mempercepatkan kepada 10 sahaja13 eV.

Georgii Timofeevich Zatsepin (1917-2010)
Ahli fizik Rusia, ahli akademik RAS. Pengarang karya-karya penting mengenai fizik sinar kosmik, muons dan neutrino, astrofizik neutrino "border = 0>

Georgii Timofeevich Zatsepin (1917-2010)
Ahli fizik Rusia, ahli akademik RAS. Penulis karya penting mengenai fizik sinar kosmik, muons dan neutrino, astrofizik neutrino

Untuk lebih memahami bagaimana tenaga yang sangat tinggi pada tahap 1021 eV, bayangkan bahawa ini mempunyai bola tenis yang terbang pada kelajuan 70 m / s. Hanya jika proton meningkat kepada saiz bola sedemikian, ia akan mengisi sistem suria hampir ke orbit Musytari.

Sudah tentu, tenaga yang tinggi seperti itu jarang ditemui: jika anda menggambarkan grafik fluks zarah berbanding tenaga mereka, kita akan mendapat lengkung yang cepat jatuh – dengan cepat bahawa dalam satu zarah kedua dengan tenaga sekitar 10 melewati satu sentimeter persegi11 eV, tetapi dengan nilai di atas 1020 kita perlu mencari tahun dengan bantuan pemasangan beratus-ratus kilometer persegi.

Misteri "lutut" dan "buku lali"

Dengan pelbagai tenaga dan kebarangkalian yang berbeza untuk mengesan zarah, perlu dilakukan kajian dalam beberapa cara. Komposisi kimia sinar kosmik tenaga rendah disiasat semasa percubaan langsung – pada pemasangan yang terletak di belon stratosferik dan kapal angkasa, dan zarah-zarah tenaga yang lebih tinggi perlu dikaji secara tidak langsung, melihat apa yang disebut udara lebar yang berlaku apabila zarah-zarah ini berinteraksi dengan atmosfera. Bentuk spektrum ini sendiri sudah mengandungi sejumlah teka-teki. Pada skala logaritmik berganda, ia akan mewakili garis lurus yang hampir sempurna, jika tidak untuk dua kinks tajam, yang fizik memanggil "lutut" dan "buku lali". Selepas "lutut" pada 1015 Spektrum eV mula jatuh lebih cepat, dan di "buku lali" (1019 eV) menjadi lebih lembut. Dalam kes ini, kami masih tidak faham apa yang menyebabkan bentuk ini. Mungkin "lutut" terbentuk kerana sumber asal partikel dipercepat berubah dari galaksi ke extragalactic: mudah untuk mengira bahawa medan magnet galaksi tidak akan dapat menjaga zarah dengan tenaga di atas batas tertentu di dalam Galaxy.Ternyata had ini terletak tepat di kawasan "lutut". Sebab-sebab kewujudan "buku lali" adalah kurang jelas.

Peralatan Nuclon dipasang di atas satelit Resurs-P
Projek ini melibatkan Institut Penyelidikan Fizik Nuklear yang dinamakan selepas D.V. Skobeltsyn MSU, Institut Penyelidikan Nuklear Bersama (Dubna) dan beberapa organisasi sains Rusia yang lain ') "> Peralatan Nuclon dipasang di atas satelit Resurs-P
Projek ini melibatkan Institut Penyelidikan Fizik Nuklear yang dinamakan selepas D.V. Skobeltsyna MSU, Institut Penyelidikan Nuklear Bersama (Dubna) dan beberapa organisasi sains Rusia yang lain "border = 0> Peralatan Nuclon dipasang di atas satelit Resurs-P
Projek ini melibatkan Institut Fizik Nuklear yang dinamakan selepas D. V. Skobeltsyn dari Moscow State University, Institut Penyelidikan Nuklear Bersama (Dubna) dan beberapa organisasi sains Rusia yang lain.

Mungkin cahaya pada teka-teki "lutut" akan ditumpahkan oleh MSU. MV Lomonosov eksperimen orbital "Nukleon", di mana spektrum tenaga pelbagai unsur kimia dalam komposisi sinaran kosmik diukur. Jadi ahli fizik berharap untuk menubuhkan kedudukan "lutut" untuk setiap unsur kimia secara berasingan.

Observatori terbang ke ruang angkasa

Vadim Alekseevich Kuzmin (1937-2015)
Ahli fizik Rusia, ahli Persatuan Akademi Sains Rusia. Bergerak dalam sinaran kosmik, alam semesta awal, neutrino surya, teori medan kuantum "border = 0>

Vadim Alekseevich Kuzmin (1937-2015)
Ahli fizik Rusia, ahli Persatuan Akademi Sains Rusia. Bergerak dalam sinaran kosmik, alam semesta awal, neutrino suria, teori medan kuantum

Mengikut konsep moden, sumber utama sinaran kosmik dengan tenaga dari 1012 sehingga 1016 eV adalah letupan supernova. Walaupun masih ada perselisihan tentang kemungkinan mekanisme percepatan sinar kosmik dalam peluru supernova yang berkembang, tidak ada sumber intragalactic lain yang dapat mengisi Galaxy dengan jumlah zarah "energik" yang diperhatikan. Perihal zarah dengan tenaga melebihi 1016 eV kurang diketahui: mereka hampir pasti mempunyai asal extragalactic dan dilahirkan dalam peristiwa-peristiwa yang paling dramatik dari Alam Semesta – contohnya, semasa perlanggaran galaksi.

Pierre Victor Auger (1899-1993)
Fizik Perancis. Pada tahun 1925, beliau mendapati kesan pengionan atom dalam keadaan teruja (kesan Auger; elektron yang dipancarkan dari atom disebut elektron Auger).Pada tahun 1938, beliau menemui pancuran mandi atmosfera yang luas (pancuran mandian Auger) sebagai sebahagian daripada sinar kosmik. "Sempadan = 0>

Pierre Victor Auger (1899-1993)
Fizik Perancis. Pada tahun 1925, beliau mendapati kesan pengionan atom dalam keadaan teruja (kesan Auger; elektron yang dipancarkan dari atom disebut elektron Auger). Pada tahun 1938, beliau menemui pancuran mandi atmosfera yang luas (pancuran mandian Auger) sebagai sebahagian daripada sinar kosmik.

Butiran lain mengenai biografi mereka masih tersembunyi daripada para penyelidik dengan kerudung kerahsiaan. Persoalan yang berasingan – kemungkinan kewujudan sinar kosmik dengan tenaga melebihi 1021 eV. Hakikatnya adalah bahawa pada tahun 1966, ahli fizik Soviet Georgiy Zatsepin dan Vadim Kuzmin, dan juga – tanpa mengira mereka – Amerika Kenneth Greisen secara teori meramalkan bahawa proton pada tenaga ini harus berinteraksi dengan latar belakang gelombang mikro relik, kehilangan tenaga untuk pembentukan baru zarah – pions.

Pengesahan percubaan hipotesis ini adalah sangat penting untuk fizik moden: jika ternyata kita melihat zarah-zarah tersebut, itu bermakna bahawa sumbernya tidak jauh dari kita (sudah tentu, pada skala kosmik) kerana sinar tersebut tidak dapat dicapai dari sumber jauh.Sekiranya ternyata tidak terdapat sumber berhampiran, dan terdapat zarah dengan tenaga sedemikian, ini memerlukan sekurang-kurangnya perubahan dalam keseluruhan konsep fizik zarah asas. Pencarian objek-objek bertenaga tinggi ini adalah karsinoma sinar kosmik terbesar di dunia yang dinamakan selepas Pierre Auger, yang terletak di Amerika Selatan. Kawasan pemerhatian ini adalah 3,000 kilometer persegi!

Tetapi ini mungkin tidak mencukupi untuk memantau peristiwa-peristiwa langka itu, oleh itu, ahli fizik di Universiti Moscow sedang bersedia untuk melancarkan satelit saintifik Lomonosov, salah satu tugas utama yang akan memerhatikan cahaya Cherenkov dalam suasana malam Bumi yang berlaku apabila zarah-zarah tenaga ultra tinggi melaluinya . Dari sudut pandangan, pendekatan ini praktikalnya tidak kalah dengan penggunaan pemasangan dengan kawasan yang lebih berkesan. Ia adalah simbolik bahawa pelancaran satelit Lomonosov akan menjadi yang pertama untuk kosmodrom Rusia Vostochny baru, hakikatnya penyelidikan ke dalam sinaran angkasa bermula pada satelit saintifik yang pertama yang dilancarkan dari kosmodrom Baikonur. Seluruh sejarah cosmonautik dikaitkan dengan kajian sinar kosmik, kerana, tidak memahami sifatnya,manusia tidak dapat meninggalkan buaiannya, seperti yang diwariskan oleh Tsiolkovsky.

Universiti satelit "Lomonosov".
Direka untuk mengkaji sinar kosmik tenaga yang sangat tinggi dan proses pantas dalam jarak optik, X-ray dan gamma julat panjang gelombang. Peserta eksperimen: Rusia (pertama sekali, Institut Penyelidikan Saintifik Fizik Nuklear di Moscow State University), Amerika Syarikat, Korea, Denmark, Sepanyol, Mexico, Taiwan. Photo: NASA, Vniiem.ru, Wikipedia / commons "border = 0>

Universiti satelit "Lomonosov".
Direka untuk mengkaji sinar kosmik tenaga yang sangat tinggi dan proses pantas dalam jarak optik, X-ray dan gamma julat panjang gelombang. Peserta eksperimen: Rusia (pertama sekali, Institut Penyelidikan Saintifik Fizik Nuklear di Moscow State University), Amerika Syarikat, Korea, Denmark, Sepanyol, Mexico, Taiwan. Foto: NASA, Vniiem.ru, Wikipedia / komuniti


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: