Pochodzenie promieniowania kosmicznego to ciągle wielka zagadka współczesnej astrofizyki. Cząsteczki, które z potężną energią docierają do Ziemi (najczęściej protony i jądra atomowe, zdarza się jednak, że i fotony), osiągają energie o wartości nawet 10 do 20 (potęgi) eV. Jeśli uświadomimy sobie, że odpowiada to energii kinetycznej ziarna gradu o masie 10 g, spadającego z prędkością 100 km/h, zorientujemy się, że to naprawdę niebagatelna rzecz – trzeba przecież pamiętać, że mówimy o równowartości takiej energii dla cząsteczki subatomowej, czyli niezmiernie mniejszej niż rzeczony grad. Takie energie prawdopodobnie w przewidywalnej(albo i nigdy) przyszłości nie zostaną uzyskane w istniejących i przyszłych akceleratorach cząstek – to, co ma osiągać Wielki Zderzacz Hadronów (LHC), mimo że będzie to najpotężniejsze takie urządzenie świata, jest niczym w porównaniu z siłami natury – to ciągle kilka rzędów mniej. Dokładniej całej sprawie przyjrzeli się naukowcy dwaj fizycy z Niemiec i Włoch, korzystający z danych obserwatorium Pierre’a Augera.Obserwatorium Augera obejmuje powierzchnię 3000 km2 w Argentynie; promieniowanie kosmiczne rejestrowane jest przez 1600 detektorów i 24 teleskopy. W momencie, gdy cząstka promieniowania o wielkiej energii wchodzi w ziemską atmosferę, wywołuje kaskadę cząstek sekundarnych oraz fotonów, która długa jest na wiele kilometrów i zdradza się słabą poświatą (pisałem o tym już oględnie tutaj, chodzi o tzw. promieniowanie Czerenkowa). Mierząc uderzenia cząstek sekundarnych w detektory na powierzchni, można określić na tej podstawie kierunek lotu oraz energię cząstki pierwotnej, przybyłej z Kosmosu.

Najwyższa energia, jaką zaobserwowano w przypadku fotonów w promieniowaniu kosmicznym, to zaledwie 10 do 14[potęgi] eV. Wysoka czułość obserwatorium pozwala na określenie granicznych progów “zawartości” fotonów w promieniowaniu kosmicznym – i tak przy 10 do 19[potęgi] eV promieniowanie to zawierać może najwyżej 2% fotonów, w przypadku 10 do 20[potęgi] eV jest to już 40%, jednakże tak wysoka wartość wynika po prostu z tego, iż takie “zdarzenia” są bardzo rzadkie i niepewność szacunku wzrasta. Matteo Galaverni (Uniwersytet Ferrara, Włochy) oraz Guenter Sigl (Universitaet Hamburg, Niemcy) wnioskują na tej podstawie, że powodem tak niskiej zawartości fotonów w promieniowaniu kosmicznym jest fakt, iż określona energia fotonu – ok. 10 do 15[potęgi] eV wystarcza, by podczas długiej podróży w Kosmosie taka cząstka, w momencie zderzenia z fotonem promieniowania tła, wytworzyła parę cząstek elektron-pozyton. Im większa energia fotonu, po tym krótszej podróży dochodzi do takiego zderzenia, następnie kreacji pary cząstek materia-antymateria. Co ciekawe, przewidywania obu naukowców dość dobrze pokrywają się z obserwacjami obserwatorium Augera.

Co prawda obaj naukowcy tak naprawdę poszli w swoich hipotezach sporo dalej (sięgając jeszcze do tzw. łamania niezmienniczości Lorentza oraz do pojęcia energii Plancka, by wykazać, że owa kreacja par nie podlega wpływowi grawitacji kwantowej w skali Plancka, stąd też tytuł posta), jednak, przyznam się bez bicia, to nawet jak dla mnie zbyt skomplikowane rzeczy – ważne, że swą pracą potwierdzili, że owe tajemnicze łamanie niezmienniczości nie objawia się i – generalnie – funkcjonuje ładnie wyjaśnienie powyżej.

Wpisy o podobnej tematyce:

• Współczesny mit o Ikarze
• Zobaczmy jak topi się lód
• Samochodowa dylatacja czasu
• Microsoft w Kosmosie
• Zwykła planeta wokół przeciętnej gwiazdy