Slika 1. Pjer Ože opservatorija u Argentini, najveći hibridni detektor za proučavanje visokoenergetskog kosmičkog zračenja. Photo: www.auger.org/ Guillermo E. Sierra

Planeta Zemlja je stalno izložena radijaciji u obliku naelektrisanih čestica koje nam dopiru iz vasione. Poreklo većina pomenutih čestica znamo i one nam stižu sa Sunca. Sem čestica prispelih sa Sunca, postoje i čestice sa veoma visokom energijom a čije poreklo predstavlja nepoznanicu još od vremena kada smo ih po prvi put detektovali, sada već dalekih 60-tih godina prošloga veka. Preko četiri stotina istraživača iz ukupno osamnaest zemalja se okupilo na astronomskoj observatoriji Pjer Ože, Pierre Auger (Argentina) kako bi proučili fenomen visokoenergetskih čestica. Navedena opservatorija, koja je dobila ime po Francuskom fizičaru Pjeru Ožeu zapravo predstavlja najveći hibridni detektor čestica na svetu i mesto na kome se proučava kosmičko visoko energetsko zračenje. Sprovedena proučavanja na opservatoriji ukazuju na to da čestice dolaze van Solarnog sistema a sa visokom verovatnoćom da su čak i vangalaktičkog porekla, odnosno visoko energetske čestice dolaze iz dubokog svemira u Mlečni Put. Profesor Ginter Sigl, Günter Sigl sa Instituta za teorijsku fiziku Univerziteta Hamburg (Nemačka) predvodi univerzitetsku grupu istraživača a koja će takođe uzeti učešće u proučavanju čestica tajnovitog porekla. U daljem tekstu, profesor Ginter kroz intervju daje objašnjenja vezana za kišu kosmičkih čestica u atmosferi i istraživanja koja se sprovode.

Šta je zapravo kiša kosmičkih čestica?

Čestice manje od atoma a čija je energija ravna energiji teniskih loptica prodiru kroz Zemljinu atmosferu uz snažno skretanje. U interakciji sa molekulima atmosfere, čestice se raspadaju na takozvane "sekundarne" čestice kao što su pioni, na primer. Masa novonastalih čestica iznosi oko jedne desetine mase protona. Interakcije se tim raspadima ne završavaju nego dolazi do novih interakcija pri čemu se dodatno povećava broj sekundarnih čestica u jednom svojevrsnom kaskadnom procesu. Kiša kosmičkih čestica traje sve dok energija pojedinih čestica ne opadne na nivo koji nije dovoljan za stvaranje novih piona. Pjer Ože eksperiment upravo pruža mogućnost merenja posledičnih efekata predhodno opisanih interakcija, odnosno stvaranja novih čestica.

Tajna se sastoji u tome da mi neznamo poreklo visokoenergetskih čestica.

Kada je kosmičko zračenje otkriveno i kako je moguće njegovo praćenje?

Viktor Hes[1] je 1912-te godine otkrio da se elektroskopi[2] postavljeni visoko u atmosferi mnogo brže razelektrišu nego oni na površini Zemlje. Jedino moguće objašnjenje je predstavljalo postojanje jonizovanog zračenja čiji je izvor van Zemljine atmosfere. Godine 1938-me, Pjer Ože po kome je ceo eksperiment i nazvan je otkrio pojavu signala iz više detektora čestica razdvojenih međusobno nekoliko metara što ukazuje na istovremenu pojavu pojačanja kiše čestica u atmosferi. U eksperimentu Pjer Ože, istraživači pokušavaju da dokažu pojavu kiše čestica uz pomoću izuzetno osetljivih optičkih senzora, takozvanih fotomultiplikatora. Izvori signala su različiti a u katalizatore procesa njihovog nastanka spadaju elektroni, pozitroni i mioni. Kiša čestica takođe stvara i fluorescentno zračenje koje je moguće videti i teleskopom.

Kako možemo znati da zračenje dolazi izvan Mlečnog Puta?

Detektori određuju pravac odakle čestice dolaze. Da je izvor čestica unutar Mlečnog puta, pravac dolaska bi bio blizak našoj Galaksije. Umesto toga, ustanovljeno je dvanaest procenata više prispelih čestica sa jedne polovine nebeske hemisfere nego sa drugog dela te je pravac kretanja sto dvadeset stepeni pomeren u odnosu na Galaktički centar.

Kakva je uloga istraživača iz Hamburga u celom projektu?

Hamburška grupa predstavlja takozvane fenomenologe. Njihov zadatak jeste da opišu procese i osobine koristeći se teoretskim modelima i da na taj način omoguće povezivanje podataka dobijenih posmatranjima i njihovo astrofizičko tumačenje. Poseban osvrt u radu predstavlja proučavanje interakcija i perturbacija unutar kosmičkog magnetnog polja i uticaj na raspodelu kosmičkog zračenja.

Šta je naredni korak u proučavanju?

Mi želimo da utvrdimo šta je izvor čestica. U tu svrhu, poredićemo podatke dobijene merenjima sa onim koje predstavljaju teorijska predviđanja i vršićemo simulacije pravaca nailaska a na osnovu različitih hipoteza o raspodeli izvora i magnetnih polja. Pokušaćemo da otkrijemo kombinaciju protona i jezgara lakih i teških elemenata kako bi ustanovili sa čime mi zapravo imamo posla kada vršimo proučavanje mogućih izvora čestica. Kako bi zadatak bio uspešno realizovan, grupa istraživača sarađuje sa fizičarima čestičarima sa Univerziteta Hamburg.

Prevod i adaptacija: Laslo Kočmaroš 05.01.2018.

Izvor teksta:

https://www.uni-hamburg.de/en/newsroom/forschung/2017-10-19-extragalaktische-teilchen.html

[1] Američki fizičar poreklom Austrijanac (Nobelova nagrada za fiziku 1936-te godine za otkriće kosmičkog zračenja)

[2] Instrumenti za merenje količine naelektrisanja nekog tela