Portal v vesolje

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Kaj vemo o kozmičnih delcih?

E-pošta natisni PDF

Informacije o dogajanju v vesolju nam ne prinaša le svetloba različnih valovnih dolžin, ampak tudi kozmični delci, nevtrini in gravitacijski valovi.

 

 

Kozmični delci, prvotno imenovani kozmični žarki, so visokoenergijski delci, ki so bili prvič opaženi pred okrog 100 leti, njihov natančen izvor pa je še danes neznanka. V večini primerov (v 99%) so ti delci atomska jedra (okrog 90% je vodikovih jeder ali protonov, 9% helijevih jeder in 1% težjih atomskih jeder). Preostali 1% sestavljajo elektroni, v zelo majhnem deležu pa se pojavljajo tudi antidelci - pozitroni in antiprotoni. Ob vstopu v Zemljino atmosfero sprožijo ob trku z molekulami zraka nastanek t.i. plazu sekundarnih osnovnih delcev (elektronov, mionov, pozitronov, nevtronov, pionov), ki včasih seže vse do Zemljinega površja.  

Izvora kozmičnih delcev še ne poznamo povsem. Opazovanja teleskopa Fermi kažejo, da nekateri kozmični delci nastajajo ob eksplozijah supernov in imajo izvor v naši Galaksiji. Nekateri kozmični delci pa verjetno prihajajo iz aktivnih galaktičnih jeder. Pri ugotavljanju izvora kozmičnih delcev nagaja magnetno polje Galaksije: nabitim delcem se v njem namreč ukrivi pot, zato smer, iz katere jih vidimo vstopiti v Zemljino atmosfero, ni nujno smer, iz katere so prišli v Galaksijo in v naše območje Galaksije. 

Kozmični delci zbujajo veliko zanimanja znanstvenikov, ki želijo razvozlati njihovo točno sestavo in izvor, pomembni pa so tudi zaradi škode, ki jo lahko povzročijo na elektroniki satelitov, ki se nahajajo nad zaščitnim ovojem našega ozračja. Energije t.i. ultra-visoko-energijskih kozmičnih delcev (ultra-high-energy cosmic rays - UHECRs), so tudi 40 milijon-krat višje od energije delcev v Velikem hadronskem trkalniku (Large Hadron Collider) v CERNu. Za primerjavo: najvišja izmerjena energija kozmičnega delca doslej je znašala 50 J, kar je primerljivo s kinetično  energijo košarkarske žoge, ki se giblje s hitrostjo 90 km/h.

  Kozmični delci imajo energije od nekaj sto MeV do 300 EeV (1 eV=1,6 x 10-19 J, 1EeV=1018 eV = 0,16 J). Njihova porazdelitev po energiji je prikazana na zgornji sliki in kaže nekatere zanimivosti: Pri energiji okrog 5 x 1015 eV se pojavi zlom navzdol - tej točki pravimo koleno (angl. knee). Drugi zlom porazdelitve se pojavi pri energiji 3 x1018 eV, kjer se porazdelitev obrne malenkost navzgor. Tej točki pravimo gleženj (angl. ankle). Zakaj pride do kolena in gležnja, še ni povsem pojasnjeno. 

Zanimive so naslednje številke: delcev z energijo 1 GeV pride do Zemlje vsako sekundo okrog 10.000 na vsak kvadratni meter povrišine. Z energijo 1 TeV pride le 1 delec na kvadratni meter na sekundo, pri 10 PeV (10x1015 eV) nekaj delcev na kvadratni meter na leto, pri 10 EeV (10x1018 eV) le okrog en delec na kvadratni kilometer na leto in nad 100 EeV le okrog en delec na kvadratni kilometer na stoletje. 


Kozmične delce detektirajo preko plazov sekundarnih delcev, ki jih sprožijo v Zemljini atmosferi, in jih lahko zaznajo s posebnimi detektorjii. Največji observatorij za detekcijo kozmičnih delcev je observatorij Pierre Auger v Argentini, ki ga sestavljajo detektorji razporejeni po površini 3000 kvadratnih kilometrov argentinske pampe. V letošnjem letu naj bi pričeli z njegovo nadgradnjo.  

Pri projektu Pierre Auger sodelujejo tudi slovenski strokovnjaki z Univerze v Novi Gorici.

 

Kratek zgodovinski pregled odkrivanja kozmičnih delcev

 

Victor Hess in njegov balon. Vir: Wikipedia

1912: Victor Hess z balonom na višini 5000 metrov odkrije "predorno sevanje" iz vesolja. Elektroskop na balonu se je razelektril bolj pogosto, ko se je dvigal z balonom. To je bil prvi izmed mnogih balonskih poletov, s katerimi so analizirali kozmične delce. Victor Hess je leta 1936 za odkritje kozmičnih delcev prejel Nobelovo nagrado. Nekaj časa so mislili, da so kozmični delci elektromagnetnega izvora (odtod prvotno ime "žarki"). Šele po letu 1930 se je izkazalo, da so to nabiti delci, saj interagirajo z Zemljinim magnetnim poljem.

1927: V meglični celici Dimitry Skobelzyn opazi prve sledove, ki jih za sabo puščajo kozmični delci.

1932: Carl Anderson odkrije antimaterijo v obliki antielektrona (pozitrona), ki je identičen elektronu, le z nasprotnim, pozitivnim nabojem. Vname se je debata glede narave kozmičnih delcev. Teorija Roberta Millikana je bila, da so to gama žarki iz vesolja, a se je kasneje izkazalo, da so to večinoma nabiti delci.

1937: Seth Neddermeyer in Carl Anderson odkrijeta osnovni delec mion. Pozitron in mion sta tako bila prva v vrsti osnovnih delcev, odkritih preko kozmičnih delcev. To so bila hkrati tudi odkritja, ki so pomenila rojstvo nove veje fzike - fizike osnovnih delcev. Fiziki, ki so se ukvarjali z osnovnimi delci, so za svoje poskuse vse do leta 1950, ko so se pojavili prvi pospeševalniki, uporabljali kozmične delce.

 

 

Pierre Auger Vir: Wikipedia

1938: Pierre Auger, ki je postavil detektorje kozmičnih delcev visoko v Alpah, je opazil, da sta dva detektorja, ki sta bila locirana nekaj metrov narazen, ob točno enakih časih zabeležila prihod kozmičnih delcev. Odkril je "kozmični plaz" (airshower), plaz sekundarnih kozmičnih delcev, ki nastanejo po trku primarnih visokoenergijskih delcev z molekulami v zraku. Na podlagi meritev je Auger prišel do zaključka, da imajo kozmični delci energije okrog 1015 eV.

1946: Raziskovalci pod vodstvom Bruna Rossija in Georgia Zatsepina postavijo prvo množico koreliranih detektorjev za odkrivanje plazov kozmičnih delcev.

1949: Enrico Fermi poda razlago za pospeševanje kozmičnih delcev. V Fermijevih udarnih valovih se protoni pospešijo z odbijanjem od premikajočih se magnetnih oblakov v vesolju.

1962: John Linsley s sodelavci odkrije prvi kozmični delec z energijo okrog 1020eV.

1967: Množica več kot 200 vodnih Čerenkovih detektorjev, ki pokriva12 km2, začne obratovati v Angliji. Podatki iz teh detektorjev so prispevali mnogo pomembnih informacij o kozmičnih delcih.

1991: Ameriška skupina Fly's Eye opazi kozmični delec  z energijo 300 EeV, podobno pa leta 1994 japonska skupina ASAGA in ruska skupina Yakutsk poročata o kozmičnem delcu z energijo 200 EeV. Izvor obeh ultra visokoenergijskih kozmičnih delcev ni znan.

1995: Mednarodna skupina raziskovalcev prične projekt Pierre Auger. Množica detektorjev v Argentini odkriva plazove osnovnih delcev v ozračju, ki jih sprožijo  najbolj visokoenergijski kozmični delci. Spremljanje in analiziranje visokoenergijskih kozmičnih delcev naj bi razjasnilo marsikatero uganko o vesolju.

 

 

 

Podporniki:

     


Dan in noč
Dan in noč
Zvezdna karta
Zvezdna karta
Observatorij Črni Vrh
Luna
Trenutna faza (vir USNO):
Luna
Več o fazah in položaju
Sonce - Mauna Loa
Sonce - Mauna Loa
Sonce - SOHO
Sonce - SOHO Lasco C2 EIT 284 Lasco C3 MDI
Sončne pege
Sončne pege
Severni in južni sij
aurora

Efemeride
07.12.2019 04:28 CET
07.12.2019 03:28 UT
Sonce vzide 07:30 
zaide 16:17 
Luna vzide 14:09 
zaide 02:05 
Angleški portal v vesolje
Amaterska slika dneva
Amaterska slika dneva
NASA - Slika dneva
ESO - Slika tedna
Hubble - Slika tedna
Kje je ISS?
Kje je ISS?
Osončje
Osončje
Zmaga.com
Zmaga.com
META znanost
META znanost