Как много известно о составе космических лучей сверхвысоких энергий (скажем, )? У меня складывается впечатление, что частицы часто принимают за протоны или другие более тяжелые ядра, но какое эмпирическое основание у нас есть для этого? Существуют ли экспериментальные доказательства, исключающие фотоны или лептоны в качестве кандидатов? Знаем ли мы, являются ли УВЭ материей или антиматерией?
Насколько я понимаю, существует довольно много литературы, посвященной возможным механизмам образования УВЭ в виде ядер различной массы. Например, ядрам железа может быть легче достичь высоких энергий в магнитном поле, поскольку их нужно будет ускорять за меньшее время, чем протоны.
Однако я не хочу ставить телегу впереди лошади; дело в том, что мы не знаем, откуда они берутся , и поэтому мы не должны основывать наши знания о том, из чего они сделаны, на этих теориях.
Мы можем сделать обоснованное предположение, взглянув на критерий Хилласа . Суть этого критерия состоит в том, что максимальная энергия частицы, , ограничен размером ускорителя, ( ларморовский радиус ) и напряженность магнитного поля, . Отношение дает
Синие линии представляют максимальную энергию протона в разных местах ускорителя ( является представителем нерелятивистского удара (например, удар остатка сверхновой), тогда как представляет релятивистские ударные волны (например, струи АЯГ)), красный цвет — ядра железа. Серые пятна на графике характеризуют размеры и радиусы магнитного поля астрономических объектов. Любой класс объектов выше диагональной линии сможет разогнать ядра протона/железа до отмеченных энергий.
Как видно из диаграммы, для этого требуется огромное магнитное поле ( Гаусса) для ускорения железа до эВ, поэтому единственным кандидатом является магнетар. Что касается протонов, то активные ядра галактик (АЯГ) и их джеты способны разогнать протон до эВ с кажущейся легкостью, то же самое и со скоплениями галактик.
Таким образом, с эвристической точки зрения, идея о том, что наши КЛСВЭ являются тяжелыми ядрами , по- видимому , исключается (обратите внимание, что этот критерий не исключает его полностью и не является доказательством того, что это не тяжелые ядра, просто это маловероятно; и, как говорит dmckee , мы получаем так мало при такой энергии, что просто не стоит ставить оборудование для ее различения).
Чтобы ответить на актуальный вопрос о том, откуда мы знаем состав КЛУВЭ, не полагаясь на исходную информацию (которой у нас нет), мы должны взглянуть на их обширные воздушные ливни (ШАЛ). После того, как UHECR достигает верхней части атмосферы, в воздухе создается ШАЛ, но p и Fe будут создавать ШАЛ различной формы. На БАК измеряются свойства адронных взаимодействий, которые затем экстраполируются на более высокие энергии (50 ТэВ и выше) КЛСВЭ. Затем в атмосфере выполняется моделирование ливня (с различной плотностью атмосферы, магнитным полем Земли и т. д.), чтобы предсказать форму ливня. Когда эти потоки распространяются в атмосфере, они флуоресцируют. Телескопы в обсерватории Пьера Оже (крупнейшая обсерватория КЛ в мире, находится в Аргентине) и телескопы высокого разрешения (в Юте, предоставляют информацию о северном полушарии, - глубина ливня от начальной точки взаимодействия (в ед. : г/см - такой, что при делении на плотность дает длину), при которой наблюдается максимальное излучение. Затем рассчитываются средние и среднеквадратичные значения по серии событий, а затем сравниваются с результатами моделирования.
Оже и High-Res по-прежнему расходятся во мнениях по этому поводу. Вы можете увидеть данные Оже здесь (arxiv abs) на странице 11 автора или на странице 16 pdf. Красные линии соответствуют предсказаниям для протонов в различных моделях адронных взаимодействий, а синие линии — для железа. Оже, кажется, явно предпочитает тяжелую (или, по крайней мере, более тяжелую) композицию при самых высоких энергиях.
Данные высокого разрешения благоприятствуют составу протонов вплоть до самых высоких энергий. Конечно, у них значительно меньше данных, но они все равно претендуют на весомый результат. Их данные представлены здесь (arxiv abs) вместе с красивыми графиками репрезентативных ливней.
Одна известная проблема в адронной симуляции заключается в том, что мюоны низкой энергии учитываются неправильно. Это проблема, над решением которой физики CR и LHC работают вместе, но, вероятно, пройдет не менее года или двух, прежде чем она будет включена в необходимые модели. Кроме того, существует рабочая группа, состоящая из членов Auger и High-Res, которая работает над устранением ряда текущих расхождений между двумя экспериментами. Хотя самый большой из них связан с энергетическим спектром, я уверен, что он тоже есть в их списке.
Довольно полный обзор от Auger можно найти здесь (arxiv abs) .
Вывод: это во многом открытая проблема. Будущие телескопы, такие как JEM-EUSO на МКС, могут улучшить данные здесь и решить эту проблему. Кроме того, улучшенные данные с LHC могут привести эксперименты в соответствие, или улучшение систематики экспериментов может решить проблему. Наконец, JEM-EUSO может предоставить достаточно данных, которые могут быть ограничены информацией о галактическом и внегалактическом магнитном поле (которая должна быть значительно улучшена), чтобы наложить некоторые ограничения на заряд после того, как один или несколько источников будут идентифицированы. .
Я немного не в своей компетенции здесь, и, возможно, кто-то, кто разбирается в деталях, будет рядом, но вот...
Учитывая все вышеизложенное, становится разумным предположить протоны.
Люди удивительно скромны в заявлении явных композиций. Я предлагаю связаться с Pierre Auger Collaboration для получения наборов данных или явных ссылок,
arXiv:1106.3048, The Pierre Auger Collaboration
Z = 6 (219 событий), 13 (797 событий), 26 (2887 событий) для углового окна 18◦ вокруг Cen A. Приведен другой пример.
arXiv: 1201.6265 «Изучение массового состава ядер космических лучей сверхвысоких энергий с помощью обсерватории Пьера Оже». Я не вижу никаких ядерных масс в списке, хотя есть несколько наводящих на размышления графиков.
arXiv:1312.7459 «Галактические КЛ должны простираться до энергий порядка нескольких 10^17 эВ и что при таких энергиях в химическом составе должны преобладать ядра железа». «Должен» не подкрепляется перечисленными номерами
http://www.slac.stanford.edu/econf/C040802/papers/L020.PDF
4.2 Химический состав СВВЭ Я не вижу никаких химических составов.
пользователь10851
гнаться
Кайл Канос
гнаться
гнаться
Кайл Канос
Кайл Канос