Eva Richterová

Kosmické záření Záření dopadající z kosmického prostoru

Sehrálo důležitou úlohu při vzniku fyziky elementárníchčástic – pozitron, mion, mezon

1925-1950 – jediný zdroj částic o energiích vyšších než poskytovaly tehdejší urychlovače

Hustota toku kosmického záření je asi

Soudobé urychlovače umožňují zkoumat interakcepři energiích s hustotou toku částic

eV 1020

eV105,1 14 3010 -1-2sm

-1-1-23 ssrm10

Primární kosmické záření

Pozoruje se za hranicemi zemské atmosféry

Z protonů, částic , příměsi jader Z 41, jednohoprocenta fotonů a stejného množství elektronů

Pro větší energie částic roste zastoupení prvků s velkými Za klesá zastoupení protonů

Minimální energie nabité částice závisí na zeměpisnéšířce:

Částice primárního záření se sráží s atomy – z obalů vyráženy elektrony,z jader nukleony a vznikají i dalšíčástice – soubor všech těchto částicse nazývá sekundární kosmické záření

eVcos101,9E 410

Sekundární kosmické záření Dělení dvojím způsobem:

Podle absorpce v látkách

Podle složení z jader a elementárních částic

Podle absorpce v látkách

Měříme např. počet částic před průchodem a po průchoduabsorbátorem o dané tloušťce

Zprvu rychlý pokles hustoty toku prošlého záření s rostoucítloušťkou, po dosažení kritické tloušťky se pokles zmírní

Měkká složka x tvrdá, či pronikavá složka

Podle složení z jader a elementárních částic Protony ztrácí svou energii – srážkami s elektrony v obalech atomů a

srážkami s atomovými jádry

Při srážce protonu s jádry vznikají nabité částice (mezony , protony) a neutrální částice (neutrony, mezony )

Neutrony jsou absorbovány jádry dusíku.

I. Mezony se rozpadají na dva fotony – počátek elmag. kaskády:

V poli atomových jader konvertují na pár elektron, pozitron

a následně mohou vyzářit brzdný foton

který, pokud má dostatek energie, opět konvertuje .

0

0

0

eeZZ

ZeZe

Při brzdném záření a tvoření párů se energie rozdělí na dvě přibližněstejné energie sekundárních částic.

Zmenšování energie jednotlivých částic v kaskádě probíhá poměrněpomalu, počet částic roste lavinově. Jakmile energie klesne, částicese začnou pohlcovat v obalech atomů a molekul.

Počet částic v kaskádě závisí na energii primární částice

(pro energii lze částice kaskády zaznamenat na rozloze iněkolika set metrů čtverečních)

Fotony, elektrony a pozitrony tvoří měkkou složku –elektronová komponenta

Podobně jsou na tom kaskády vyvolány nukleony a nabitýmimezony – kaskády jsou vytvářeny hl. silnými interakcemi částic

Postupují v poměrně úzkém válci – jaderná aktivní složka

eV1015

Na úrovni moře pak detekujeme především miony, kterévznikly rozpadem mezonů :

,

Miony interagují s látkou elektromagneticky a slabě,mohou pronikat pod povrch Země

Tvrdá, pronikavá složka: vysokoenergetické miony, jaderná aktivníkomponenta

Měkká složka: nízkoenergetické protony, piony, elektronovákomponenta

Původ kosmického záření Nejprve srovnejme zastoupení prvků v kosmickém záření

a v galaxii

Některé nesprávné hypotézy vzniku kosmického záření:

Při velkém třesku – produkoval se pouze vodík

Ze starých hvězd – podíl těžkých kovů by musel být větší

Vzplanutím supernovy – hustota kosmického záření zůstávákonstantní po celou poslední miliardu let

Ze slunečních skvrn, kdy jsou vysílány nabité částice – jejichenergie však nepřesahuje

E. Fermi: částice se sráží s mezihvězdnou hmotou , s oblakyzmagnetovaného plynu a urychluje se či zpomaluje –nehodí se pro urychlování těžkých částic a je v rozporu súdaji o rychlosti mezihvězdných mračen

Částice nezískávají energii spojitě, ale najednou v pulsarechnebo za výbuchu supernov – nestačí, aby vysvětlily existencikosmického záření o nejvyšších energiích

GeV10

Detekce kosmického záření Částice primárního kosmického záření se registrují pomocí

detektorů umístěných v balónech nebo na umělýchdružicích

Problém detekce u částic s vysokou energií

Detekce pomocí záření

Při urychlování nabitých částic na energie docházík vyzáření fotonů s energií stejného řádu. Fotony pakinteragují s atomy a vytváří elmag. kaskády

eV1020

Dvě metody detekce:

1. Zaznamenávají se sekundární částice elmag. kaskády –pozemními detektory na soustředných kružnicíchna ploše i několika set .

2. Detekuje se Čerenkovovo záření vysílané nabitýmičásticemi elmag. kaskády - fluorescenčními detektory

2m

Pozemní detektory Vhodné pro fotony s energií

Úhlové rozlišení: 4

Neomezená pozorovací doba

Vidí pouze část kaskády

Fluorescenční detektory Umožňují snížit energii až na

Úhlové rozlišení až 0,25

Pozorování pouze za bezměsíčných jasných nocí

Vidí celou kaskádu a tedy i její průběh

Ani jedna z metod nemůže stanovit primární částici, zda tobyl vysokoenergetický foton, či nějaká nabitá částice, jejížrozložení by bylo izotropní

- vede ke studiu anizotropních elmag. kaskád – velmináročná a zdlouhavá analýza

E eV1015

eV1012

Děkuji za pozornost!