ҒАРЫШТЫҚ СӘУЛЕЛЕР: ӘЛЕМДЕГІ ЖОҒАРЫ ЭНЕРГИЯЛЫ БӨЛШЕКТЕР

Энергетикалық бөлшектер дегеніміз не?

Біздің күнделікті өмірімізде энергияны Джоуль бірліктерінде өлшейміз. Ваттың бірлігі көптен таныс. Ол қуатты өлшейді, яғни бірлікке жұмсалған энергияны білдіреді. Бірақ бұл өлшем бірліктерді протондар мен электрондар сияқты кішігірім массалы бөлшектерге қолдану ыңғайлы емес.

Элементар бөлшектер физикасы мен ғарыштық сәулелер физикасы энергияны электронвольтпен (эВ) өлшейді. 1 эВ - электроннан 1 Вольт кернеуде ұшыраған протоннан алынған энергия. Мысалы, вакуумдағы 4,5 В аккумуляторы болғанда және оның полюстері арасында протонды орнатсаңыз, протон аккумулятордың кернеуі арқылы жылдамдатады және 4,5 эВ энергиясы болады.

Бұл өте жоғары энергия емес. Температурасы шамамен 1 миллион градус болатын ыстық күн корпусындағы электрондар мен протондар орташа қуаты 100 эВ ие.Бірақ ғарыштық сәулелер туралы сөйлескен кезде әлдеқайда жоғары энергиялар тартылады. Жерде тіркелетін жердің атмосфераның жоғарғы бөлігіне әсер ететін ғарыштық сәулелер 450 млн. ЭВ-қа кем емес энергия (аббревиатура: МегаЭлектронВольтке сайкес 450 МэВ) болуы керек.

Ғарыштық сәулелер

Жерге әсер ететін ғарыштық сәулелер есептелді, біз олардың энергетикалық спектрін түрлі өлшемдерден білеміз. Бұл суретте бөлшектердің энергиясының кең ауқымы бойынша бақылаулар жинағы көрсетілген ( http://astroparticle.uchicago.edu/cosmic_ray_spectrum_picture.htm). Белгіленген ең жоғары қуатты ғарыштық сәулелерде 100 миллиард миллиардынан астам эВ (1020 eV)жоғары энергиясы бар! Бұл 100 километр сағатына жылдамдықпен жібіерілген теннис доптың қуатына пара-пар, бірақ өте жоғары энергиялы ғарыштық сәулелерде кішкентай протонға шоғырланған!

Бұл бөлшектер әр түрлі болуы мүмкін:

  • Бірнеше миллиард эВ (109) eV, аббревиатурасы: ГэВ - Гига электрон Вольт)дейінгі энергиясындағы ғарыштық сәулелер Күннен және біздің Галактикадағы басқа көздерден келеді. Күннің магнит өрісінің әсерінен ғарыштық сәулелердің ішкі күн жүйесінен күн жүйесінен тысқары келуіне байланысты бұл аймақта спектр үздікті.
  • Ғарыштық сәулелердің тұрақты ағыны Күннен емес, біздің Галактика көздерінен немесе тіпті одан тыс жерлерден келмейді. 10 ГэВ-ден жоғары энергияларда олардың ішкі күн жүйесінен шығуына күн магнит өрісі әсер етпейді. Бұл бөлшектердің осы бөлігінде іс жүзінде тікелей болатын спектрілік қисықта. Графикте бөлшектердің ағынының логарифмі бөлшектердің энергиясының логарифміне тәуелді функциясы ретінде бейнеленгендіктен, спектр шын мәнінде энергияның дәрежелік заңдылығына бағынады: F(E) ~E-p

  • Тереңдеп зерттеу барысында дәрежелік заңдылықта үзіліс бар, мысалы, шамамен 3 x 1015 eV (бұл ғарыштық сәулелер спектрінің тізесі) және шамамен 1020 eV (шынтағы). Бұл ерекшеліктер ғарыштық сәулелерді әртүрлі шығу табиғатымен ажыратады. Энергиясы 1015 eV эВ-тан жоғары протондар және 1018 эВ-тан жоғары иондар біздің галактикамыздан тысқары аумақтан келді деп есептеледі.