Os raios cósmicos partículas do espaço exterior

Em agosto de 1912, o físico austríaco Victor Hess fez um vôo de balão histórico que abriu uma nova janela sobre a matéria no universo. Como ele subiu para 5300 metros, mediu a taxa de ionização na atmosfera e descobriu que ele aumentou para cerca de três vezes maior do que ao nível do mar. Ele concluiu que a radiação penetrante estava entrando na atmosfera a partir de cima. Ele tinha descoberto os raios cósmicos.

Estas partículas de alta energia que chegam do espaço exterior são principalmente (89%) prótons - núcleos de hidrogênio, o elemento mais leve e mais comum no universo - mas eles também incluem núcleos de hélio (10%) e os núcleos mais pesados ​​(1%), todo o caminho até ao urânio. Quando eles chegam na Terra, colidem com os núcleos dos átomos na atmosfera superior, criando mais partículas, principalmente pions. Os pions carregadas pode rapidamente decair, emitindo partículas conhecidas como múons. Ao contrário pions, estes não interagem fortemente com a matéria, e pode viajar através da atmosfera de penetrar abaixo do solo. A taxa de muões que chega na superfície da Terra é de tal forma que cerca de um por segundo, passa através de um volume do tamanho da cabeça de uma pessoa.

Um novo mundo das partículas

Estudos de raios cósmicos abriu a porta para um mundo de partículas para além dos limites do átomo: a primeira partícula de antimatéria, o pósitron (a antielétron) foi descoberto em 1932, o múon em 1937, seguido pelo pião, o kaon e vários Mais. Até o advento da aceleradores de partículas de alta energia no início de 1950, esta radiação natural fornecida a única maneira de investigar o crescimento de partículas "zoo". Na verdade, quando o CERN foi fundado em 1954, sua convenção incluído raios cósmicos na lista de interesses científicos. Mas, apesar de aceleradores veio a fornecer o melhor terreno de caça para novas partículas, a física de raios cósmicos ainda é amplamente estudada.

As energias dos raios cósmicos primários variam de cerca de 1 GeV - a energia de um relativamente pequeno acelerador de partículas - a tanto quanto 10 8 TeV, muito maior do que a energia do feixe do Large Hadron Collider. A velocidade à qual estas partículas chegar ao topo da atmosfera cai com o aumento da energia, a partir de cerca de 10.000 por metro quadrado por segundo em 1 GeV para menos de um por quilómetro quadrado por século para as maiores partículas de energia. Os raios muito alta energia cósmica gerar grandes chuvas de até 10 bilhões de partículas secundárias ou mais, que podem ser captados por detectores de partículas quando eles distribuídos por áreas tão grandes quanto 20 quilômetros quadrados na superfície da Terra.

Aceleradores cósmicos

Apenas como raios cósmicos alcançar tais altas energias? Onde estão os aceleradores naturais? Os raios cósmicos de energia mais baixo chega do Sol em uma corrente de partículas carregadas conhecidas como vento solar, mas fixando-se a origem das partículas de maior energia é feita difícil, pois eles torcer e girar no campo magnético do espaço interestelar.

Pistas vieram através de estudo dos raios gama de alta energia do espaço. Estes são muito menos do que os raios cósmicos carregados, mas ser eletricamente neutro que não são influenciadas por campos magnéticos. Geram uma chuva de partículas secundárias que podem ser detectadas na Terra e cujo ponto de volta para o ponto de origem dos raios gama. Fontes dos mais altos de raios gama de energia em nossa própria galáxia, a Via Láctea, incluem os restos de supernovas, como a famosa Nebulosa do Caranguejo; as ondas de choque destas explosões estelares têm sido propostas como possíveis aceleradores naturais. Outras fontes de raios gama de altíssima energia mentir em outras galáxias, onde os objetos exóticos como buracos negros supermassivos podem conduzir a aceleração. Há também evidências de que a maior energia cobrada raios cósmicos também têm origens semelhantes em outras galáxias.