Из космического пространства на нашу планету непрерывно поступают высокоэнергетические элементарные частицы — космические лучи. Проникая в земную атмосферу, они сталкиваются с атомами воздуха, образуя множество вторичных частиц, включая протоны, нейтроны и пионы. Эти вторичные частицы продолжают взаимодействовать друг с другом или распадаются, создавая новые поколения частиц. В итоге возникает явление, называемое широким атмосферным ливнем. Речь идет о каскаде частиц. Его фиксируют специальные датчики на земной поверхности, говорится на сайте Российской академии наук.
Частицы, достигающие земной поверхности после широкого атмосферного ливня, содержат данные обо всех процессах, произошедших в верхних слоях атмосферы перед их формированием. Это позволяет ученым исследовать характеристики космических лучей и принципы физики элементарных частиц при больших энергиях. «Мюонная загадка» — аномалия, наблюдаемая в ходе подобных исследований. Заключается она в следующем: наземные датчики регистрируют значительно большее число мюонов — одного из видов продуктов широких атмосферных ливней, — чем предполагают теоретические модели и компьютерные расчеты.
Специалисты Института ядерных исследований РАН и МГУ имени М. В. Ломоносова обнаружили интересную закономерность: энергию первичных космических частиц обычно оценивают на основе количества электронов, зафиксированных на Земле. Они выдвинули гипотезу, согласно которой этот метод может приводить к ошибочным результатам. Если энергия первичной частицы оказывается занижена (например, расчетные показатели выходят ниже реальных значений), это может означать, что в действительности частица генерирует большее количество мюонов в атмосфере.
«Энергия первичной частицы может оказаться недооцененной потому, что физика на масштабах самых высокоэнергетичных космических лучей отклоняется от предсказаний Специальной теории относительности. То есть стандартные методы расчетов с общепринятыми соотношениями между энергией и импульсом частиц восстанавливают энергию неправильно. Поэтому мы предположили, что нужно скорректировать это соотношение в случае высокоэнергетических потоков частиц», — объясняет участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Андрей Шарофеев, аспирант МГУ, стажер-исследователь ИЯИ РАН.
Для проверки гипотезы физики разработали математическую модель развития широких атмосферных ливней, учитывая новое соотношение между энергией и импульсом для высоких энергий. Результаты моделирования показали, что при таком подходе удается почти полностью объяснить «мюонную загадку». Величина эффекта от недооценки энергии, полученная в ходе моделирования, оказалась близка к данным, измеренным в экспериментах по исследованию широких атмосферных ливней.
Ранее китайские физики из Ханчжоу разработали самый маленький в мире светодиодный дисплей. Посмотреть на него можете в другом материале Hi-Tech Mail.
