Kozmik ışınlar: uzaydan gelen parçacıklar
Ağustos 1912’de Avusturyalı fizikçi Victor Hess , evrende maddeyle ilgili yeni bir pencere açan tarihi bir balon uçuşu yaptı . 5300 metreye yükselirken, atmosferdeki iyonlaşma oranını ölçtü ve deniz seviyesinden üç katına çıktığını buldu. Delici radyasyonun atmosfere yukarıdan girdiği sonucuna vardı. Kozmik ışınları keşfetmişti.
Uzaydan gelen bu yüksek enerjili parçacıklar esas olarak (% 89) protonlardır – hidrojen çekirdeği, evrendeki en hafif ve en yaygın element – fakat aynı zamanda helyum çekirdeğini (% 10) ve daha ağır çekirdeği (% 1) içerir. Uranyum’a kadar. Dünya’ya vardıklarında, üst atmosferdeki atom çekirdeği ile çarpışırlar, daha çok parçacık, özellikle de iyonları oluştururlar. Yüklenen iyonlar, hızlı bir şekilde çürümek, müon adı verilen parçacıkları yayabilir. İksirlerin aksine, bunlar madde ile güçlü bir şekilde etkileşime girmez ve yer altına nüfuz etmek için atmosfer boyunca seyahat edebilir. Dünya yüzeyine ulaşan müonların oranı, saniyede yaklaşık bir kişinin bir kişinin kafasının büyüklüğündeki bir hacimden geçeceği şekildedir.
Yeni bir parçacık dünyası
Kozmik ışın çalışmaları, atom sınırlarının ötesinde bir parçacıklar dünyasına kapıyı açtı: antimaddenin ilk parçacığı , pozitron (antielektron), 1932’de keşfedildi, 1937’de müon, ardından piyon, kaon ve birkaç Daha. 1950’lerin başlarında yüksek enerjili parçacık hızlandırıcıların ortaya çıkmasına kadar, bu doğal radyasyon büyüyen parçacık “hayvanat bahçesini” araştırmanın tek yolunu sağladı. Gerçekten, CERN 1954’te kurulduğunda, sözleşmesi bilimsel çıkarlar listesinde kozmik ışınları içermekteydi. Ancak hızlandırıcılar yeni parçacıklar için en iyi avlanma alanını sağlasalar da, kozmik ışınların fiziği hala geniş bir şekilde incelenmektedir.
Birincil kozmik ışınların enerjileri, nispeten küçük bir partikül hızlandırıcısının enerjisi olan yaklaşık 1 GeV ile Büyük Hadron Çarpıştırıcısının ışın enerjisinden çok daha yüksek olan 10 8 TeV’a kadar değişmektedir . Bu parçacıkların atmosferin tepesine ulaşma hızı artan enerjiyle düşer, en yüksek enerji parçacıkları için 1 GeV’de saniyede metrekare başına yaklaşık 10 000’den yüzyılda bir kilometreden daha düşük bir değere düşer. Çok yüksek enerjili kozmik ışınlar, Dünya yüzeyinde 20 kilometrekarelik alanlara yayıldıklarında, parçacık detektörleri tarafından toplanabilen 10 milyar ikincil parçacıktan daha büyük devasa duşlar üretir.
Kozmik hızlandırıcılar
Kozmik ışınlar bu kadar yüksek enerjilere nasıl ulaşır? Doğal hızlandırıcılar nerede? En düşük enerjili kozmik ışınlar, Güneş rüzgarları olarak bilinen yüklü parçacıklardan oluşan bir akımda Güneşten gelir, ancak yüksek enerjili parçacıkların kökenini aşağı doğru bükmek, yıldızlararası uzayın manyetik alanlarını çevirip çevirirken zorlaştırılır.
İpuçları uzaydan yüksek enerjili gama ışınlarını inceleyerek geldi. Bunlar yüklü kozmik ışınlardan çok daha azdır, ancak elektriksel olarak nötr oldukları için manyetik alanlardan etkilenmezler. Dünyada tespit edilebilecek ve gama ışınlarının başlangıç noktasına işaret eden ikincil parçacıkların duşlarını üretiyorlar. Kendi galaksimiz olan Samanyolu’ndaki en yüksek enerjili gama ışınlarının kaynakları arasında ünlü Yengeç Bulutsusu gibi süpernova kalıntıları bulunmaktadır.; Bu yıldız patlamalarından kaynaklanan şok dalgaları uzun zamandır olası doğal hızlandırıcılar olarak önerilmiştir. Diğer ultra yüksek enerjili gama ışınları kaynakları, diğer galaksilerde bulunur; burada süper kütleli kara delikler gibi egzotik nesneler ivmeyi hızlandırabilir. En yüksek enerji yüklü kozmik ışınların da diğer galaksilerde benzer kökenlere sahip olduğuna dair kanıtlar da vardır.
CERN’de kozmik ışın deneyleri
Galaktik kozmik ışınlarla bulut oluşumu arasında bir bağlantı olabilir mi? CERN’de yapılan bir deney, bulmak için dünyadaki en temiz kutuyu kullanıyor.