Астрочестична физика

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на прегледникот Прејди на пребарувањето

Астрочестична физика, исто така наречена и честична астрофизика, е гранка на честичната физика која ги истражува елементарните честички од астрономско потекло и нивната врска со астрофизиката и космологијата. Тоа е релативно ново поле на истражување што се појавува како пресек на честичната физика, астрономијата, астрофизиката, физиката на детекторите, релативноста, физиката на цврстата состојба, и космологијата. Делумно мотивирано од откривањето на неутринско осцилирање, ова поле од физиката од почетокот на 2000-тите поминало низ брз развој, и теоретски и експериментално.[1]

Историја[уреди | уреди извор]

Областа на астрочестичната физика е еволуирана од оптичката астрономија. Со растот на детекторската технологија дојде позрелата астрофизика, која вклучува повеќе подвидови на физиката, како механиката, електродинамиката, термодинамиката, физика на плазмата, нуклеарна физика, релативност, и честична физика. Честичните физичари сметале дека астрофизиката е неопходна поради тешкотиите во производството на честички со енергија споредлива со оние што се наоѓаат во вселената. На пример, спектарот на космички зраци содржи честички со енергија до 1020 eV, каде што судир мегу протони во Големиот хадронски колајдер се случува со енергија од ~1012 eV.

Може да се каже дека полето започнало во 1910, кога еден германски физичар Теодор Вулф ја измерил јонизацијата во воздухот, индикатор за гама радијација, на дното и на врвот на Ајфеловата кула. Тој открил дека има многу повеке јонизација на врвот отколку што се очекувало ако само земните извори биле припишувани за оваа радијација.[2]

Австрискиот физичар Виктор Френсис Хес претпоставил дека дел од јонизацијата била предизвикана од зрачење од небото. Со цел да ја брани оваа хипотеза, Хес дизајнирал инструменти способни да работат на големи надморски височини и извршил набљудувања за јонизација до надморска височина од5.3 км. Од 1911 до 1913, Хес направил десет летови за прецизно мерење на нивоата на јонизација. Преку претходни пресметувања, тој не очекувал дека ќе има јонизација над надморска височина од 500 м ако земните извори биле единствената причина за зрачење. Сепак, неговите мерења покажале дека иако нивоата на јонизација првично се намалувале со надморската височина, во одреден момент тие почнале да растат. На врвовите на неговите летови тој открил дека нивоата на јонизација биле многу поголеми отколку на површината. Хес потоа успеал да заклучи дека "зрачењето со многу висока пенетрациона сила влегува во нашата атмосфера одозгора." Освен тоа, еден од летовите на Хес бил за време на речиси цело затемнување на Сонцето. Бидејќи не забележал навлегување во нивоата на јонизација, Хес образложил дека изворот морал да биде подалеку во вселената. За ова откритие, Хес бил еден од луѓето кои ја добиле Нобеловата награда за физика во 1936 година. Во 1925 година Роберт Миликан ги потврдил наодите на Хес и подоцна го измислил терминот "космички зраци".[3]

Многу физичари кои се запознаени со потеклото на полето на астрочестичната физика, преферираат да го припишат ова "откритие" на космичките зраци од страна на Хес како појдовна точка за полето.[4]

Теми на истражување[уреди | уреди извор]

И покрај тоа што може да биде тешко да се одлучи за стандарден "учебнички" опис на полето на астрочестичната физика, полето може да се карактеризира со теми на истражување кои активно се спроведуваат. Списанието "Астрочестична Физика" прифаќа документи кои се фокусирани на нови случувања во следните области:[5]

  • Високоенергетска физика на космички зраци и астрофизика;
  • Честична космологија;
  • Честична астрофизика;
  • Поврзани астрофизики: Супернова, Активни галактички јадра, космичко изобилие, темна материја итн.;
  • Висока енергија, VHE и UHE гама-зраци астрономија;
  • Високо и ниско енергиска неутрино астрономија;
  • Инструментација и развој на детектори поврзани со горенаведените полиња.

Отворени прашања[уреди | уреди извор]

Една главна задача за иднината на полето е едноставно темелно да се дефинира надвор од работните дефиниции и јасно да се разликува од астрофизиката и другите сродни теми.[4]

Тековните нерешени проблеми во областа на астрочестичната физика вклучуваат карактеризација на темна материја и темна енергија. Набљудувањата на орбиталните брзини на ѕвездите на Млечниот Пат и други галаксии, почнувајќи од Валтер Баде и Фриц Цвики во 1930-тите, заедно со набљудуваните брзини на галаксиите во галактичките кластери, откриле движење кое ја надминува густината на енергијата на видливата материја потребна за да се објасни нивната динамика. Се од почетокот на 90-тите год. на 20 век некои кандидати можеле делумно да објаснат за дел од темната материја што недостасувала, но тие не биле ни блиску до целосно објаснување. Откритието на забрзувачки универзум сугерира дека голем дел од недостасувачката темна материја се складира како темна енергија во динамичен вакуум.[6]

Друго прашање за физичарите на астрочестичната физика е зошто денес има многу повеќе материја од антиматеријата во универзумот. Бариогенеза е термин за хипотетички процеси кои создале нееднаков број на бариони и анитариони во раниот универзум, поради што денес универзумот е направен од материја, а не од антиматерија.[6]

Експериментални објекти[уреди | уреди извор]

Брзиот развој на оваа област доведе до дизајнирање на нови видови на инфраструктура.Во подземни лаборатории или со специјално дизајнирани телескопи, антени и сателитски експерименти, астрочестичните физичари користат нови методи за откривање за да се набљудува широк спектар на космички честички, вклучувајќи неутрино, гама зраци и космички зраци со највисоки енергии. Тие исто така бараат и темна материја и гравитациски бранови.Експерименталните физичари на честички се ограничени со технологијата на нивните земни акцелератори,кои можат само да произведат мал дел од енергиите што се наоѓаат во природата.

Објекти, експерименти и лаборатории кои се вклучени во физиката на астрогартијата вклучуваат:

  • Коцка мраз (Антарктикот).Најдолгиот детектор на честички во светот, бил завршен во декември 2010 година.Целта на детекторот е да ги испита енергетските неутрини, да бара темна материја,да ги набљудува експлозиите на супернови и да бараат егзотични честички како магнетни монополи.[7]
  • Антарес (телескоп). (Тулон, франција).Детектор на неутрони 2,5 км под Средоземното Море покрај брегот на Тулон, Франција.Дизајниран за лоцирање и следење на неутринскиот флукс во насока на јужната хемисфера.
  • Борексино, детектор во реално време, инсталиран во Гран Сасо Националните лаборатории,дезајниран да детектира неутрино од Сонцето со сцинтилаторска цел од органска течност.[8]
  • Опсерваторија Пјер Огер (Malargüe, Аргентина).Ги детектира и истражува високоенергетски космички зраци користејќи две техники.Една е да ги проучува интеракциите на честичките со вода поставена во резервоарите за површински детектори.Другата техника е да го следи развојот на воздушни тушеви преку набљудување на ултравиолетовата светлина емитирана високо во атмосферата на Земјата.[9]
  • Сончевиот телескоп на ЦЕРН Axion (Церн, Швајцарија).Пребарува аксиони кои потекнуваат од Сонцето.
  • Проект НЕСТОР (Пилос, Грција). Целта на меѓународната соработка е распоредувањето на неутрински телескоп на морското дно во близина на Пилос, Грција.
  • Kamioka опсерваторија е лабораторија за неутрони и гравитациони бранови лоцирана под земја во рудникот Мозуми во близина на делот Камиока од градот Хида во префектурата Гифу, Јапонија.
  • Гран Сасо Националната лабораторија е лабораторија која е домаќин на експерименти за кои е потребна средина со низок шум.Се наоѓа во планината Гран Сасо, близу Аквила (Италија).Експерименталните сали се покриени со 1400 метри карпа, што ги штити експериментите од космичките зраци.
  • Снолаб
  • Европската астрочестична мрежа Аспера Започнала во јули 2006 година и е одговорна за координирање и финансирање на национални истражувачки напори во Астрочестичната физика.
  • Проект за телескопски низа (Делта, Јута) Експеримент за откривање на ултра-високо-енергетски космички зраци (UHECRs) со помош на земјина низа и флуоресцентни техники во пустината на западна Јута.

Види исто[уреди | уреди извор]


Наводи[уреди | уреди извор]

  1. De Angelis, Alessandro; Pimenta, Mario (2018). Introduction to particle and astroparticle physics (multimessenger astronomy and its particle physics foundations). Springer. doi:10.1007/978-3-319-78181-5. ISBN 978-3-319-78181-5. 
  2. Longair, M. S. (1981). High energy astrophysics. Cambridge, UK: Cambridge University Press. стр. 11. ISBN 0-521-23513-8. 
  3. April 17, 1912: Victor Hess’s balloon flight during total eclipse to measure cosmic rays“ (посет. 18 септември 2013 г).
  4. 4,0 4,1 Cirkel-Bartelt, Vanessa. History of Astroparticle Physics and its Components. „Living Reviews in Relativity“ (Max Planck Institute for Gravitational Physics) том  11 (2): 7. doi:10.12942/lrr-2008-7. Bibcode2008LRR....11....7F. http://www.livingreviews.org/lrr-2008-2. посет. 23 јануари 2013 г. 
  5. „Astroparticle Physics“. конс. 2013-09-18. 
  6. 6,0 6,1 Grupen, Claus (2005). Astroparticle Physics. Springer. ISBN 3-540-25312-2. 
  7. „Archived copy“. Архивирано од изворникот на 2013-01-23. конс. 2013-01-24. 
  8. http://borex.lngs.infn.it Архивирано 2012-10-08 во WebCite
  9. „Archived copy“. Архивирано од изворникот на 2013-05-06. конс. 2013-04-29.