Čo si máme predstaviť pod časticami s ultravysokou energiou?
Myslíme si, že ide o protóny. Môžu to však byť aj jadrá železa, v každom prípade ide o dobre známe častice. No tie, ktoré voláme UHECR (ultra-high-energy cosmic ray) častice, majú naozaj extrémne vysoké energie.
Aké?
RNDr. Pavol Bobík, PhD.,
absolvoval magisterské a doktorandské štúdium na Prírodovedeckej fakulte UPJŠ v Košiciach v odbore jadrová a subjadrová fyzika. Po absolvovaní dvojročného postdoktorandského pobytu v Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) v Miláne v rokoch 2001 až 2003 a ročného postdoktorandského pobytu v Tucsone v USA v roku 2005 na Lunar and Planetary Lab, University of Arizona, pracuje v Ústave experimentálnej fyziky SAV v Košiciach. Na tomto pracovisku sa podieľa na experimente pomenovanom skratkou JEM-EUSO. Skratka EUSO v preklade znamená vesmírne observatórium extrémneho vesmíru. Experiment je zameraný na pozorovanie častíc s ultravysokou energiou.
Protón s ultravysokou energiou má energiu porovnateľnú s makroskopickými objektmi. Jeho kinetická energia je niekoľko joulov. Ide o kinetickú energiu, akú má zasmečovaná tenisová loptička. Nezdá sa to byť veľké množstvo energie, no uvedomme si, že protón je objekt z mikrosveta.
Takých protónov je v tenisovej loptičke veľmi veľa, približne 1025, teda číslo, ktoré si intuitívne predstavíte len veľmi ťažko. Malé zrnko piesku má priemer asi štvrtinu milimetra. V kubickom metri je takých zrniek niekoľko desiatok miliárd. Keby sme chceli získať 1025 zrniek piesku, museli by sme posypať celý povrch zemegule približne 30-centimetrovou vrstvou piesku.
Týmto príkladom chcem poukázať na to, aký je protón malý. V prípade UHECR protónu je jeho energia desaťmiliónkrát väčšia, ako sú energie častíc urýchľovaných v LHC urýchľovači v CERN-e.
Ako vieme, že je v nich naozaj tak veľa energie?
To súvisí s tým, ako sme ich objavili a ako ich pozorujeme. Keď UHECR častica prilieta z vesmíru a narazí do molekúl pozemskej atmosféry, začnú sa z týchto zrážok produkovať sekundárne častice.
Tie letia v tom istom smere ako pôvodná častica a ďalej sa zrážajú s jadrami molekúl vzduchu. To sa opakuje mnohokrát a počet týchto sekundárnych častíc lavínovito rastie. Vzniká takzvaná časticová spŕška. Na veľkú plochu povrchu Zeme dopadá veľké množstvo častíc tejto spŕšky.
Ako sme ich objavili?
Príbeh ich objavu sa začína v 30. rokoch minulého storočia, keď Pierre Auger prišiel na to, že aj na detektoroch častíc vzdialených od seba pár metrov zachytil príchod častíc kozmického žiarenia v rovnaký moment.
