Kosmički zraci i tamna materija

Vest da su naučnici na tragu nečega što bi moglo da bude i čestica tamne materije nekako je prošla sa manje pompe od skorašnje u vezi Higsovog bozona. Da li zato što je manja verovatnoća da se zaista radi o čestici tamne materije od one u slučaju Higsove čestice?

Znamo da 73%   Vasione čini tamna energija, 23% tamna materija, samo 4% materija kakvu poznajemo, (a mi smo tek 0.03%). To su proračuni do kojih smo došli zahvaljujući razvoju nauke i tehnologije. Kada saberete procente nepoznatog, tamnog, ispada da i ne znamo baš puno o Vasioni. Eto prilike da se mnogi još proslave.

Kosmičke zrake otkrio je austrijski fizičar Victor Hess avgusta 1912., kada se balonom digao na visinu od 5300 metara. Merio je nivo jonizacije u atmosferi i primetio da je ona na tim visinama tri puta veća od one na površini u razini mora. Snaga zračenja nije zavisila od doba dana ili noći, tako da je zaključio da nije moguće da dolazi sa Sunca, da mora da je kosmičkog porekla. Za otkriće kosmičkih zraka dobio je Nobelovu nagradu, doduše tek posle Prvog svetskog rata, ali bilo je to istorijsko otkriće.

Svakodnevno smo izloženi bombardovanju čestica iz kosmosa. Tu su čestice veličine atoma i manje od atoma, i sve putuju kroz svemir brzinom koja je skoro jednaka brzini svetlosti. Energija nekih subatomskih čestica daleko premašuje onu koju proizvodimo i u najmoćnijim mašinama.

Čestice visoke energije koje stižu do nas iz kosmosa čine uglavnom protoni – jezgra vodonika (89%), najlakšeg i najprisutnijeg elementa u svemiru, ali tu su takođe jezgra helijuma(10%), alfa čestice, pa i teža jezgra (1%), sve do urana, mada retko. Kada čestice stignu do Zemlje, zovemo ih primarne, sudaraju se sa jezgrima atoma u gornjim slojevima atmosfere i tako nastaju nove, sekundarne čestice, u ovom slučaju - pioni. Pioni ne mogu da zadrže energiju, pa se ova dalje oslobađa u emitovanju novih čestica, uglavnom muona. Za razliku od piona, muoni ne reaguju sa materijom, te prodiru dalje kako kroz atmosferu tako kroz samo tlo. Probližno svake sekunde jedan muon proleti u prostoru veličine čovekove glave.

Proučavanjem kosmičkih zraka otvorili smo poglavlje o čitavom svetu čestica koje su van atoma: tu su čestica antimaterije, pozitron (antielektron) otkrivena je 1932, muon 1937, za njim pion, kaon i druge. Sve do izgradnje sudarača visokoenergetskih čestica ranih 1950-tih, ova prirodna zračenja predstavljala su jedini način proučavanja sve narastajućeg čestičnog 'zoo vrta'. Kada je 1954. osnovan Cern, u ugovoru je zapisano da su mu na listi interesovanja i proučavanja kosmičkih zraka. Mada su sudarači najbolje sredstvo za 'hvatanje' i registrovanje novih čestica, fizika kosmičkih čestica i dalje je široko zastupljena u proučavanjima.

Energija primarnih kosmičkih zraka kreće se od približno 1 GeV, energije relativno malog ubrzača čestica, do onih od 108TeV, daleko veće od energije zraka koju možemo da proizvedemo u Velikom hadronskom sudaraču (LHC). Što je veća energija čestica koje stižu do gornjih slojeva atmosfere, to je stopa njihovog pojavljivanja manja, od oko 10 000 onih od 1 GeV u sekundi na kvadratni metar do manje od jedne čestice najviše energije na manje od kvadratnog kilometra za sto godina. Kosmički zraci izuzetno visokih energija uglavnom se sudaraju sa atomima u atmosferi i proizvode kišu/pljuskove kosmičkih zraka, i do 10 milijardi sekundarnih čestica, pa i više, koje onda možemo da detektujemo na površini većoj od 20 kvadratnih kilometara.

Kosmičke čestice najnižih nivoa energije do nas stižu sa Sunca u naelektrisanim česticama Sunčevog vetra, ali izvore visokoenergetskih čestica teže je utvrditi budući da krivudaju magnetnim poljima međuzvezdanog prostora.

Tragove u ovoj potrazi nalazimo u proučavanju visokoenergetskih gama zračenja iz svemira. Njih je daleko manje nego naelektrisanih kosmičkih čestica, ali budući da su električno neutralni na njih magnetna polja ne utiču. Oni generišu pljuskove sekundarnih čestica koje detektujemo na Zemlji i kojima možemo da utvrdimo odakle su stigle, iz kog izvora gama zračenja. Izvori gama zračenja najviše energije u našoj galaksiji potiču iz ostataka supernova, kao što je Rakova maglina (Crab Nebula). Udarni talasi sa ove zvezdane eksplozije već odavno se smatraju mogućim prirodnim akceleratorom čestica. Drugi izvori ultravisokoenergetskih gama čestica su egzotični objekti kao što su supermasivne crne rupe. Takođe imamo dokaze da naelektrisane kosmički zraci visoke energije imaju takođe slična porekla u drugim galaksijama.

A kada je reč o najnovijim vestima, poslednja je:

Obilje pozitrona!

Pozitron je čestica suprotna elektronu, antimaterija. Danas su tragovi antimaterije retki u Vasioni. Koliko znamo, svi ostaci antimaterije nastale u Velikom prasku iščezli su davno poništeni u reakciji sa česticama materije. To znači da svaka čestica antimaterije koju detektujemo u fluksu energetskih kosmičkih čestica u blizini Zemlje mora da potiču iz nekog 'novog' izvora unutar naše galaksije. Čestice antimaterije iz vangalaktičkih izvora su takođe moguće, ali je mala verovatnoća da mogu da stignu do Zemlje pre nego što izgube svu energiju ili budu poništene. Zato sve antičestice koje iz svemira ipak dolutaju i u našu zabit, na Zemlju, predstavljaju jedinstvene glasonoše visoko energetskih fenomena u kosmosu, ili zapise egzotične nove fizike.

Alfa Magnetic Spectrometer (AMS) jeste detektor čestica smešten na Međunarodnoj svemirskoj stanici u orbiti iznad Zemlje. Sa eksperimentom se počelo u maju 2011. i predviđeno je da se snimanja vrše narednih desetak godina, i više.

Dobili smo prve rezultate snimanja i na njima vidimo neobjašnjiv porast prisustva visokoenergetskih pozitrona u kosmičkim zracima oko Zemlje.

Rezultati su zasnovani na 25 milijardi snimljenih događaja, a koji uključuju i 400 hiljada pozitrona energetske vrednosti između 0.5GeV i 350GeV. Podaci su prikupljani više od godinu i po i predstavljaju do sada najveću kolekciju čestica antimaterije registrovane u svemiru, prevazilazeći ukupan broj onih zabeleženih širom sveta sto puta. Raspon energije registrovanih pozitrona ide i do nekoliko stotina GeV, što je daleko od dometa prethodnih eksperimenata vršenih na velikim visinama što balonima, što svemirskim brodovima ili satelitima. Karakteristike pozitrona sa AMS su iznenađujuća potvrda, bez presedana, onog što smo tek naslućivali u eksperimentima sa satelitima, a to je višak pozitrona u odnosu na naša očekivanja na osnovu poznatih galaktičkih energetskih fenomena. Postoji mogućnost, koja posebno uzbuđuje, da bi ovaj višak mogao da bude potpis/trag tamne materije, iako je prilično rano odbaciti i druga prozaičnija objašnjenja.

Priredila T. Petrovic

Preuzeto sa ...

Mi zivimo stalno bombardovani zracima i cesticama iz svemira. "Ludilo"

Naučnici su prvi put primetili tanak prsten čestica antimaterije oko Zemlje, a te čestice se zovu antiprotoni.

To potvrđuje teoriju da zemljino magnetno polje može da privuče antimateriju.  Tim naučnika tvrdi da bi ovo otkriće moglo da pomogne da se antimaterija koristi kao „gorivo“ budućim svemirskim letelicama.

Antiprotoni su primećeni uz pomoć Pamela satelita koji je lansiran 2006.  godine, da bi proučavao prirodu visokoenergetskih čestica sa Sunca i van solarnog sistema.

Te čestice udare u molekule koji čine zemljinu atmosferu i prave „kišu“ čestica.  Zatim mnoge od čestica koje su nastale od „kiše“ bivaju uhvaćene u Van Alenov pojas gde ih zemljino magnetno polje zarobi.

Eto, uvek nesto novo!