Sugauti dalelę ir suprasti Visatą

Sugauti dalelę ir suprasti Visatą

Ilya Kudrjašovas
"Schrödingerio kačiukas" №1-2 (15-16), 2016

Ilya Kudrjašovas – Fizikos ir matematinių mokslų kandidatas, Atpažinimo sistemų ir elektronikos laboratorijos tyrinėtojas, Branduolinės fizikos institutas. D.V. Skobeltsina MSU. Vienas iš pagrindinių kosminio eksperimento "Nuklon" figūrų. Be fizikos, Ilya mėgsta mažų orlaivių. Kadangi jo pomėgiai 2015 metų vasarą tapo atsakovas baudžiamojoje byloje: mokslininkas kaltinamas "užgrobimo priklausančio Dosaaf orlaivių". Pasak Ilio, orlaivis buvo surinktas iš nurašytų dalių, be to, savininkas sąžiningai už tai sumokėjo.

Kosminių spindulių tyrimas padės susidoroti su užduotimis, kurių negalima padaryti net Didžiojo Hadrono kolektorius.

NASA iliustracija

2016 metais orbitoje turėtų būti paleistas Lomonosovo kosminis laivas, sukurtas mokslininkų iš Maskvos valstybinio universiteto. Laikas planuojamas balandžio 12 d., Jei, žinoma, tuo metu bus užsakytas Vostochnos kosmodromas. Tačiau jau dabar, už Žemės ribų, veikia "Nuklono" aparatūros kompleksas, kurį taip pat sukūrė fizikai Maskvos universitete. Abiejų misijų tikslas yra ištirti kosminius spindulius – suvokę jų prigimtį, galima daug sužinoti apie Visatą ir apie tai, kas yra šalia mūsų.

Kur mokestis patenka?

Charles Augustin de Coulomb (1736-1806)
Prancūzijos inžinierius ir fizikas, elektromagnetinių ir mechaninių reiškinių tyrėjas. Elektrinio krūvio vienetas ir elektros sąnaudų sąveikos įstatymas "border = 0>

Charles Augustin de Coulomb (1736-1806)
Prancūzijos inžinierius ir fizikas, elektromagnetinių ir mechaninių reiškinių tyrėjas. Elektrinio krūvio vienetas ir elektros sąnaudų sąveikos įstatymas yra pavadintas jam.

Kosminiai spinduliai … Galbūt skaitytojas iš karto įsivaizduoja paslaptingus klajojus, kurie atėjo pas mus iš bežemiškos bedugnės ir bus beveik teisingi. Būtent šie "beveik" mokslininkai – kosmofizika ir užsiima daugiau nei šimtą metų.

Visa tai prasidėjo dar 1785 m., Kai prancūzų fizikas Charlesas Augustinas de Coulonas, tyrinėjęs elektros energijos pobūdį su elektroskopu, atrado, kad skystis spontaniškai pratekėja iš folijos lakštų net ir su geriausia elektros izoliacija. Šio reiškinio priežastis išliko nežinoma daugiau nei šimtmetį, kol 1879 m. Williamas Crookes neįrodė, kad lėtinio nutekėjimo greitis sumažėja, mažėjant oro slėgiui elektroskopu. Iš to britų mokslininkas padarė išvadą: oro išleidimo jonizacijos priežastis.Tačiau liko neaišku, kodėl netikėtai oras pradeda jonizuotis ir ilgą laiką tai daro. Paslaptis išliko, kol radioaktyvumo fenomenas buvo aptiktas XIX ir XX a. Paaiškėjo, kad radioaktyviosios medžiagos šalia greičiausiai išsiskleidė elektroskoksas, po kurio labai aiškiai paaiškėjo, kodėl išleidžiamos išeigos taškai: radioaktyviosios medžiagos skleidžiamos dalelės susiūti per prietaisą ir jonizuojasi oras viduje, leidžiant įkrovimui iš lakštų. William Crookes (1832-1919)
Britų chemikas ir fizikas. Jis nusileido istorijoje kaip žmogus, kuris atrado talį ir pirmą kartą gavęs heliumą laboratorinėmis sąlygomis "border = 0>

William Crookes (1832-1919)
Britų chemikas ir fizikas. Jis nusileido istorijoje kaip žmogus, kuris atrado talį ir pirmą kartą gavo heliumą laboratorijoje.

Netrukus britų fizikas Charlesas Vilsonas atrado, kad mokestis nuteka iš elektroskopo, net jei nėra potencialiai radioaktyvių objektų. Buvo pasiūlyta išvada apie spinduliuotės fono egzistavimą, kurio šaltinis buvo arba Žemė, arba atmosfera, arba erdvė. Norėdami išbandyti šią hipotezę, 1912 metais Austrijos (tuomet dar fizikas) Viktoras Hessas padarė balionų skrydžius.Jis tikėjosi, kad dėl aukščio pakilimo greitis sumažės, nes jis laikė Žemę pagrindiniu spinduliuotės šaltiniu. Pasak mokslininko didžiojo staigmenos, rezultatas pasirodė diametraliai priešingas: kuo didesnis orlaivis pakilo, tuo greičiau srautas prasiskverbė. Buvo tik daroma išvada, kad spinduliuotė ateina iš dangaus – Hesas vadinamas "aukščio spinduliuote".

Charles Thomson Reese Wilson (1869-1959)
Britų fizikas. Gavo Nobelio premiją už įrankių, skirtų įrašyti įkaitintų dalelių pėdsakus, kūrimą ("Wilsono kamera"). "Border = 0>

Charles Thomson Reese Wilson (1869-1959)
Britų fizikas. Gavo Nobelio premiją už prietaisų, skirtų įrašyti dalelių ("Wilsono kamerą"), įrašymo įrenginius.

Vėliau daugelio tyrėjų atliktų eksperimentų metu paaiškėjo, kad didelio aukščio radiacija nei dieną, nei naktį ar net užtemimas neišnyksta, kad šis poveikis yra beveik vienodas visose žemynuose (sausumoje ir jūroje) ir nepriklauso nuo oro sąlygų. Pasirodo, kad radiacija nėra aukšta, bet kosminė. Po 20 metų Hessas gavo Nobelio premiją, o jo tyrimai buvo naujos mokslo srities – kosminių spindulių fizikos – kūrimo pagrindas.Nuo tada mokslininkai toli pažengė šio reiškinio tyrinėjimui, tačiau pagrindiniai klausimai, pateikti XX a. Pradžioje, iki šiol negalima pateikti tikslaus atsakymo.

Teniso kamuoliuko skersmuo iki Jupiterio

Victor Franz Hess (1883-1964)
Austrijos-Amerikos fizikas Nobelio premijos laureatas 1936 m. Už kosminių spindulių atradimą (su Carl Anderson). "Border = 0>

Victor Franz Hess (1883-1964)
Austrijos-Amerikos fizikas Nobelio premijos laureatas 1936 m. Dėl kosminių spindulių atradimo (su Carl Anderson)

Ką mes žinome apie kosminius spindulius? Šiuolaikinis astrofizikas pasakys, kad kosminės spinduliuotės yra reliatyvizuojanti nestabili plazma arba paprasčiau suprasti elektronus, protonus ir sunkiųjų elementų branduolius, plaukiančius per kosmosą beveik šviesos greičiu ir beveik niekada nesuderinantys vieni su kitais. Dauguma kosminių spindulių yra protonai (apie 94% viso dalelių kiekio), bet taip pat randama alfa dalelių (4%) ir visų kitų cheminių elementų branduoliai iš periodinės lentelės iki urano. Elektronai kosminiuose spinduliuose yra maždaug dešimt tūkstančių kartų mažesni už protonus, o positronai paprastai mažėja.

Kosminių spindulių energijos spektras praplečiamas daugiau nei 10 užsakymų: nuo 1011 iki 1021 eV Palyginimui: protono spinduliai Didžiojo Hadrono Collider pagreitina iki 1013 eV

Georgii Timofeevičius Zatsepinas (1917-2010)
Rusijos fizikas, akademikas anksčiau. Svarbių kosminių spindulių, miuogų ir neutrinų fizikos darbų autorius, neutrinų astrofizika "border = 0>

Georgii Timofeevičius Zatsepinas (1917-2010)
Rusijos fizikas, akademikas anksčiau. Svarbių kosminių spindulių, miuogų ir neutrinų fizikos darbų autorius, neutrinų astrofizika

Geriau suprasti, kaip radikaliai didelė energija yra 1021 eV, įsivaizduokite, kad ten yra teniso kamuoliukas, kurio greitis siekia 70 m / s. Tik jei protonas padidės iki tokio rutulio dydžio, jis užpildys Saulės sistemą beveik iki Jupiterio orbitos.

Žinoma, tokie dideli energijos kiekiai retai patenkinami: jei paruošiatės dalelių srauto grafiką, lyginant su jų energija, mes gauname sparčiai mažėjančią kreivę – taip greitai, kad per antrą dalelę, kurios energija yra apie 10, prasiskverbia per kvadratinį centimetrą11 eV, bet vertė didesnė kaip 1020 per metus reikia ieškoti įrenginių, kurių plotas yra šimtai kvadratinių kilometrų, pagalba.

Paslaptis "kelio" ir "kulkšnies"

Esant tokiai energijos sričiai ir skirtingai tikimybei aptikti dalelę, būtina mokytis keliais būdais. Mažojo energijos kosminių spindulių cheminė sudėtis tiriama tiesioginių eksperimentų metu – įrenginiuose, esančiuose stratosferos balionuose ir erdvėlaiviuose, o netiesiogiai reikia ištirti didesnės energijos daleles, žvelgdamos į vadinamuosius plačios oro dujas, kurios atsiranda, kai šios dalelės sąveikauja su atmosfera. Šio spektro formoje jau yra keletas mįslių. Dvigubo logaritminio masto atveju ji būtų beveik tolygi tiesi linija, jei ne dviem aštrių kinksnių, kuriuos fizikai vadina "keliu" ir "kulkšniu". Po "kelio" 10 val15 EV spektras pradeda mažėti dar greičiau, o "kulkšnis" (1019 eV) tampa šiek tiek švelnesnis. Šiuo atveju mes vis dar tiksliai nesuprantame, kas sukėlė šią formą. Galbūt susidaro "kelio", nes pagreitintų dalelių kilmės šaltiniai pasikeičia nuo galaktikos iki ekstragalaktikos: lengva apskaičiuoti, kad galaktikos magnetiniai laukai negalės išlaikyti dalelių su energijomis, viršijančiomis tam tikrą ribą "Galaxy" viduje.Paaiškėjo, kad ši riba yra būtent "kelio" zonoje. Priežastys dėl "kulkšnies" egzistavimo yra daug mažiau aiškios.

"Nuclon" įranga, įdiegta laive "Resurs-P"
Projekte dalyvauja D.V. Branduolinės fizikos mokslinis institutas. Skobeltsyn MU, Jungtinis branduolinių tyrimų institutas (Dubna) ir daugelis kitų Rusijos mokslininkų organizacijų ")"> "Nuclon" įranga, įdiegta laive "Resurs-P"
Projekte dalyvauja D.V. Branduolinės fizikos mokslinis institutas. Skobeltsina MUU, Jungtinis branduolinių tyrimų institutas (Dubna) ir keletas kitų Rusijos mokslininkų organizacijų "border = 0> "Nuclon" įranga, įdiegta laive "Resurs-P"
Projekte dalyvauja Maskvos valstybinio universiteto D. V. Скобельцына, Jungtinio branduolinių tyrimų instituto (Dubna) ir daugelio kitų Rusijos mokslininkų organizacijų branduolinės fizikos institutas.

Galbūt dėl ​​"kelio" įspūdžio šviesos bus laikoma MUU. MV Lomonosovo orbitos eksperimentas "Nucleon", kurio metu išmatuojami įvairių cheminių elementų energijos spektrai kosminių spindulių sudėtyje. Taigi fizikai tikisi nustatyti kiekvieno cheminio elemento "kelio" padėtį atskirai.

Observatorija plaukioja į kosmosą

Vadimas Aleksejevič Kuzminas (1937-2015)
Rusijos fizikas, narys-narys Rusijos mokslų akademijos. Įtraukta į kosminius spindulius, ankstyvą Visatą, saulės neutrinus, kva tinės lauko teoriją "border = 0>"

Vadimas Aleksejevič Kuzminas (1937-2015)
Rusijos fizikas, narys-narys Rusijos mokslų akademijos. Įtraukta į kosminius spindulius, ankstyvąją visatą, saulės neutrinus, kvantinės lauko teoriją

Remiantis šiuolaikinėmis koncepcijomis, pagrindiniai kosminių spindulių šaltiniai su energijomis nuo 1012 iki 1016 eV yra supernovos sprogimai. Nors vis dar yra ginčų dėl galimų kosminių spindulių pagreitinimo mechanizmų besiplečiančiose supernovos kriauklėse, jokie kiti intragalaktiniai šaltiniai negali užpildyti Galaxy su pastebėtu "energetinių" dalelių skaičiumi. Apie daleles, kurių energija viršija 1016 EV yra kur kas mažiau žinomas: jie beveik neabejotinai turi extragalaktinę kilmę ir yra gimę dramačiuose Visatos įvykiuose, pavyzdžiui, galaktikų susidūrimo metu.

Pierre Victor Auger (1899-1993)
Prancūzų fizikas. 1925 m. Jis atrado atomo jonizacijos poveikį sužadinimo būsenoje (Augerio efektas; iš atomo skleidžiami elektronai vadinami ožerio elektronais).1938 m. Kosminių spindulių dalimi jis atrado plačius atmosferos dušas (Augerio dušas). "Border = 0>

Pierre Victor Auger (1899-1993)
Prancūzų fizikas. 1925 m. Jis atrado atomo jonizacijos poveikį sužadinimo būsenoje (Augerio efektas; iš atomo skleidžiami elektronai vadinami ožerio elektronais). 1938 m. Jis atrado plačius atmosferos dušas (Augerio dušas) kaip kosminių spindulių dalį.

Kita jų biografijų informacija vis dar paslėpta iš tyrėjų slaptumu. Atskiras klausimas – galimybė egzistuoti kosminius spindulius, kurių energija viršija 1021 eV Faktas yra tai, kad 1966 m. Sovietiniai fizikai Georgiy Zatsepinas ir Vadimas Kuzminas, taip pat – nepriklausomai nuo jų – Amerikos Kennethas Greisenas teoriškai prognozavo, kad protonai apie šias energijas turėtų sąveikauti su reliktinio mikrobangų fono kvantomis, prarasti energiją naujų dalelės – pionai.

Šios hipotezės eksperimentinė patikra yra esminė šiuolaikinės fizikos reikšmė: jei pasirodys, kad mes stebėsime tokias daleles, tai reiškia, kad jų šaltinis nėra toli nuo mūsų (žinoma, kosminiu mastu), nes tokie spinduliai neturėtų būti iš tolimų šaltinių.Jei paaiškėja, kad yra glaudus šaltinis, ir dalelės su tokiomis energijos yra, tai reikės bent visą koncepciją elementariųjų dalelių fizikos kaita. Šių didelės energijos šaltinių objektų paieška yra didžiausia pasaulyje Pietryčių Amerikoje esančio Pierre'o Augerio kosminių spindulių observatorija. Šios observatorijos plotas yra 3000 kvadratinių kilometrų!

Bet net ir tai gali būti nepakankamai stebėti tokius retus įvykius, todėl Fizikos Maskvos valstybinio universiteto ir ruošiasi pradėti mokslo Satellite "Raganė", viena iš pagrindinių užduočių, iš kurių būtų stebėsena Cerenkov švyti naktį Žemės atmosferą, prasidėjęs per pereiti per jį Ultrahigh energijos dalelių . Rezultatų požiūriu šis metodas yra praktiškai ne mažesnis nei įrenginių, kuriuose yra daug didesnis veiksmingas plotas, naudojimą. Simboliškai, iš "Lomonosovo" palydovo paleidimas bus pirmasis naujojo Rusijos kosmodromo "Rytuose", – tai, kad kosmoso spinduliavimo tyrimas prasidėjo nuo pirmos mokslo palydovas paleistas iš kosmodromo "Baikonūro". Visa kosmonautikos istorija yra susijusi su kosminių spindulių tyrinėjimu, nes nesuprantant jų prigimties,žmonija negalės palikti savo lopšio, kaip paliko Čiolkovskis.

Universiteto palydovas "Lomonosovas".
Sukurtas ypač sparčių spindulių, turinčių ypač didelę energiją ir sparčius procesus optinių, rentgeno ir gama spindulių bangų, tyrimas. Eksperimento dalyviai: Rusija (pirmiausia Maskvos valstybinio universiteto Branduolinės fizikos mokslinio tyrimo institutas), JAV, Korėja, Danija, Ispanija, Meksika, Taivanas. Foto: NASA, Vniiem.ru, Wikipedia / commons "border = 0>

Universiteto palydovas "Lomonosovas".
Sukurtas ypač sparčių spindulių, turinčių ypač didelę energiją ir sparčius procesus optinių, rentgeno ir gama spindulių bangų, tyrimas. Eksperimento dalyviai: Rusija (pirmiausia Maskvos valstybinio universiteto Branduolinės fizikos mokslinio tyrimo institutas), JAV, Korėja, Danija, Ispanija, Meksika, Taivanas. Foto: NASA, Vniiem.ru, Vikipedija / bendr


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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