ОБНАРУЖЕНЫ ЧАСТИЦЫ, “КОТОРЫХ НЕ ДОЛЖНО БЫТЬ”

Из космического пространства на поверхность земной атмосферы по всем направлениям падает непрерывный поток частиц, движущихся со скоростями, близкими к скорости света. Это так называемые “космические лучи” – в основном ядра атомов различных элементов. В среднем на каждый квадратный километр поверхности атмосферы ежесекундно падает несколько миллиардов таких частиц. Большая часть космических лучей возникает в процессах, происходящих в нашей Галактике. Это солнечные вспышки, испускание частиц пульсарами, взрывы сверхновых звезд. Частицы самых больших энергий, возможно, приходят из других, более активных галактик. Изучение космических лучей с помощью наземных установок или детекторов, расположенных на спутниках, является одним из наиболее эффективных способов исследования строения Вселенной и процессов, происходящих в ней.

Особый интерес представляют частицы с наибольшими энергиями, поскольку именно они позволяют получать сведения о самых мощных “ускорителях” Вселенной. К настоящему времени удалось зарегистрировать частицы с энергией до нескольких десятков джоулей. По масштабам физики частиц это гигантские энергии, превосходящие в сотни миллионов раз энергии частиц, ускоренных на самых крупных существующих сейчас лабораторных ускорителях. Однако дело не только в том, что это наибольшие энергии частиц, найденные до сих пор в природе. Существует еще одна, более глубокая причина, вызывающая повышенный интерес к космическим лучам с энергиями больше 8-10 джоулей (так называемыми “частицами ультравысоких энергий”). Дело в том, что наблюдение таких частиц не согласуется с представлениями, принятыми в современной астрофизике и физике элементарных частиц. А из истории науки хорошо известно, что именно те наблюдения, которые противоречат теоретическим ожиданиям, представляют особую ценность, поскольку такое противоречие является сигналом о необходимости построения новых теоретических концепций.

Почему же космические лучи ультравысоких энергий не должны были бы наблюдаться? Причина не столько в том, что нам доподлинно не известна природа космических “ускорителей”, способных разгонять частицы до ультравысоких энергий. Само по себе ускорение до ультравысоких энергий в астрофизических объектах представляется возможным, хотя и требует реализации весьма экстремальных условий. Основная проблема с генерацией частиц ультравысоких энергий в астрофизических объектах связана не столько с самим ускорением, сколько с неизбежными потерями энергии в источнике или в его окрестности. Так, высокая плотность излучения в окрестности пульсаров приводит к рождению электрон-позитронных пар за счет конверсии в интенсивных магнитных полях, что в свою очередь приводит к уменьшению разности потенциалов ускоряющего поля и, соответственно, снижению максимальной энергии исходящих из источника частиц. В компактных объектах потери на синхротронное излучение становятся очень существенными даже для протонов. Сильные электромагнитные поля в центральных областях активных галактических ядер взаимодействуют с ускоренными протонами, приводя к рождению пионов и электрон-позитронных пар, что также снижает энергию частиц. В результате, возможность ускорения частиц в “космических ускорителях” до ультравысоких энергий становится не столь очевидной. Только в модели, предложенной Н.С.Кардашевым, где предполагается ускорение частиц в окрестности сверхмассивных черных дыр, возможно ускорение до гигантских энергий в десятки миллионов джоулей. В этом случае, несмотря на потери, результирующая энергия может достигать величин, вполне достаточных для объяснения наблюдаемых космических лучей ультравысоких энергий.

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *