Promienie kosmiczne �adne inne cząstki nie niosą tyle energii. Cho� ich ęród"o jest nieznane, moŻe znajdowa� si� stosunkowo blisko James W. Cronin, Thomas K. Gaisser i Simon P. Swordy niej wi�cej co sekund� w ziem- wzrostem energii powinien, zbliŻając si� do ską atmosfer� wpada subatomo- poziomu 1016 eV, zanikną�, ale tak si� nie dzie- Mwa cząstka o takiej energii jak ka- je, co sugeruje, Że mechanizm odpowiedzial- mieł wrzucony do studni. Wynika z tego, Że ny za powstawanie promieni kosmicznych gdzieĘ we WszechĘwiecie są si"y zdolne o skrajnie wysokich energiach jest inny niŻ przekaza� pojedynczemu protonowi ener- produkujący promieniowanie o energiach gi� 100 mln razy wi�kszą niŻ osiągana przez bardziej umiarkowanych. najpot�Żniejsze akceleratory ziemskie. Gdzie W 1960 roku Bernard Peters z Tata Insti- i w jaki sposób? tute w Bombaju wysuną" hipotez�, Że pro- Pytania te absorbowa"y umys"y fizyków mienie kosmiczne o niŻszej energii powsta- od odkrycia promieni kosmicznych w 1912 ją przewaŻnie w naszej Galaktyce, podczas roku (chociaŻ wiemy juŻ, Że twory, o których gdy te o wyŻszej energii pochodzą z odle- mowa, są cząstkami, nadal nazywamy je glejszych ęróde". Sk"oni"a go do tego obser- promieniami ). W oĘrodku mi�dzygwiaz- wacja, Że na przyk"ad tor protonu naleŻą- dowym wyst�pują jądra atomów wszystkich cego do promieni kosmicznych o energii pierwiastków z tablicy okresowej; porusza- ponad 1019 eV nie móg"by zosta� znacząco Promienie kosmiczne ją si� one pod wp"ywem pól elektrycznych odchylony przez Żadne z pól magnetycz- jądra atomowe w�drujące i magnetycznych. Gdyby nie by"o atmosfe- nych generowanych przez Galaktyk�, tak z podĘwietlną pr�dkoĘcią ry ziemskiej, promienie kosmiczne zagraŻa- wi�c powinien by� mniej wi�cej prostoli- przemierzają dziwaczny, skrócony relatywistycznie "yby w znacznym stopniu naszemu zdrowiu; niowy. JeŻeli takie cząstki pochodzi"yby kosmos, zanim uderzą w jądra ludzie Żyjący w górach lub cz�sto podróŻu- z g"�bi naszej Galaktyki, moglibyĘmy si� atomów gazu atmosferycznego jący samolotami otrzymują mierzalne, do- spodziewa� róŻnej ich liczby z róŻnych kie- wysoko nad Ziemią. datkowe dawki promieniowania. runków, poniewaŻ Droga Mleczna nie ota- Znaczna cz�Ę� energii zostaje By� moŻe najbardziej rzuca si� w oczy fakt, cza nas symetrycznie. Rozk"ad ten jest w za- przekszta"cona w materi� Że naukowcy do tej pory nie odkryli natural- sadzie izotropowy, tak jak w przypadku subatomowe cząstki nego krałca widma promieniowania ko- promieni o niŻszych energiach, których kie- takie jak miony, które z kolei smicznego. Wi�kszoĘ� znanych ęróde" na"a- runki są rozproszone. zderzają si� gwa"townie dowanych cząstek takich jak S"ołce z jego z innymi atomami w atmosferze, wiatrem s"onecznym charakteryzuje si� Supernowe jako pompy tworząc p�k atmosferyczny . pewną wartoĘcią graniczną energii; ęród"a te Emitowane jest takŻe po prostu nie wytwarzają cząstek o energiach Z tych niepewnych wniosków wynika, jak promieniowanie . powyŻej tej granicy. Promienie kosmiczne niewiele wiemy o pochodzeniu promieni kos- natomiast si� pojawiają, aczkolwiek w coraz micznych. Astrofizycy dysponują wiarygod- mniejszej iloĘci, przy tak wysokich energiach, nymi modelami ich powstawania, ale nie jakie tylko astrofizycy potrafią zmierzy�. Da- znają ostatecznych odpowiedzi. O tym sta- ne kołczą si� na poziomie 300 mld razy wi�k- nie rzeczy decyduje zapewne niewyobraŻal- szym od energii spoczynkowej protonu, gdyŻ na prawie róŻnica mi�dzy warunkami pa- obecnie nie ma detektora tak ogromnego, by nującymi na Ziemi i w obszarach, gdzie rodzą zdo"a" zarejestrowa� bardzo ma"ą liczb� czą- si� promienie kosmiczne. W przestrzeni mi�- stek o wyŻszych energiach. dzygwiazdowej w centymetrze szeĘciennym Niemniej w odst�pach kilkuletnich obser- wyst�puje mniej wi�cej jeden atom, co jest wowano dowody istnienia promieni kosmicz- g�stoĘcią o wiele niŻszą niŻ w najlepszej nych o skrajnie wysokich energiach; cząstki te, sztucznej próŻni, jaką potrafimy wytworzy�. trafiając do atmosfery, tworzy"y niezliczone Ponadto obszary te są wype"nione rozleg"y- cząstki wtórne ("atwiejsze do wykrycia). Na mi polami elektrycznymi i magnetycznymi, przyk"ad 15 paędziernika 1991 roku obser- powiązanymi ĘciĘle z rozproszoną popula- watorium promieniowania kosmicznego na cją na"adowanych cząstek jeszcze mniej licz- pustyni Utah zarejestrowa"o p�k cząstek wtór- nych od atomów neutralnych. nych, pochodzących od promienia kosmicz- OĘrodkowi takiemu daleko do oazy spo- nego o energii 50 J (3 x 1020 eV). Strumieł koju, jakiej moglibyĘmy si� spodziewa�: ni- promieniowania kosmicznego malejący ze skie g�stoĘci pozwalają si"om elektrycznym 36 �WIAT NAUKI Marzec 1997 MICHAEL GOODMAN �ycie promienia kosmicznego Cząstki na początkowym etapie rozwoju kaskady poruszają si� tak szybko, Że przewyŻszają w rozrzedzonych górnych warstwach atmosfery pr�dkoĘ� Ęwiat"a (nieznacznie niŻszą niŻ pr�dkoĘ� Ęwiat"a w próŻni), i dlatego emitują promieniowanie Czerenkowa odpowiednik optyczny huku powstającego przy przekraczaniu bariery dęwi�ku. Miony i inne resztki na kołcu p�ku Gdy cząstki powsta"e w wyniku początkowego atmosferycznego rozproszy"y juŻ swoją zderzenia wpadną na jądra atomowe atmosfery, energi� na tyle, Że ich oddzia"ywanie kosztem ich energii mogą powsta� inne cząstki z atmosferą generuje g"ównie promieniowanie oraz wysokoenergetyczne promieniowanie. ultrafioletowe, powstające w wyniku zniszczenia Z zasady zachowania p�du wynika, Że wi�kszoĘ� pow"ok elektronowych w atomach. �wiat"o to wykreowanej materii porusza si� w tym samym moŻe by� wykrywane przez czu"e fotomnoŻniki. kierunku, co początkowy promieł kosmiczny, W przypadku szczególnie wysokiej energii natomiast fotony mogą by� w zasadzie niektóre cząstki p�ku osiągają poziom gruntu emitowane we wszystkich kierunkach. i tam równieŻ mogą zosta� wykryte. �WIAT NAUKI Marzec 1997 37 PROMIEĄ KOSMICZNY moŻe zosta�, jak PROMIEĄ JŃDRA ATOMOWE si� przypuszcza, przyspieszony w wyniku KOSMICZNY O�RODKA MIóDZYGWIAZDOWEGO wybuchu supernowej. Astrofizycy wysun�- li hipotez�, Że jądra atomowe, przechodząc przez front fali uderzeniowej supernowej, pobierają energi� z turbulentnych pól ma- gnetycznych osadzonych w fali. Tor cząst- ki moŻe by� tak odchylany, Że przechodzi ona przez front fali setki, a nawet tysiące ra- zy, pobierając za kaŻdym razem coraz wi�- cej energii, aŻ wylatuje jako promieł ko- smiczny. Wi�kszoĘ� cząstek porusza si� po torach dających stosunkowo s"abe przyspie- szenia, co odpowiada ogólnemu kszta"towi widma energetycznego promieniowania ko- smicznego (skrajnie z prawej), które opada przy wyŻszych energiach. Z wygi�cia krzy- FRONT FALI wej ( kolanka ) wynika, Że wi�kszoĘ� czą- UDERZENIOWEJ stek jest przyspieszana przez mechanizm dostarczający nie wi�cej niŻ 1015 eV energii. Nadmiar cząstek o skrajnie wysokich ener- giach Ęwiadczy o wyst�powaniu dodatko- wego ich ęród"a, którego natura nie zosta"a jeszcze poznana. SUPERNOWA i magnetycznym dzia"a� na wielkie od- leg"oĘci i przez d"ugi czas, co w przypad- ku materii o g�stoĘci ziemskiej zosta"oby POROZRYWANE bardzo szybko st"umione. Przestrzeł mi�- LINIE SI� dzygwiazdowa jest zatem wype"niona POLA MAGNETYCZNEGO turbulentną wysokoenergetyczną plazmą cz�Ęciowo zjonizowanego gazu, znajdu- jącego si� w stanie gwa"townej aktywno- Ęci. Ruch ten cz�sto trudno zaobserwo- go w Drodze Mlecznej jest tylko niewie- naddęwi�kową, powodując w otacza- wa� w skali czasowej dost�pnej cz"owie- le mniejsza niŻ Ęrednia energia kinetycz- jącym ją oĘrodku powstanie silnej fali kowi, odleg"oĘci astronomiczne są bo- na dostarczana oĘrodkowi galaktyczne- uderzeniowej. Przypuszcza si�, Że takie wiem ogromne; niemniej te same odle- mu w trzech wybuchach supernowych, fale uderzeniowe przyspieszają jądra ma- g"oĘci pozwalają nawet umiarkowanym do których dochodzi w kaŻdym stule- terii, przez którą przechodzą, przekszta"- si"om na imponujące wzmocnienie. Przez ciu. Niewiele jest jeŻeli w ogóle istnie- cając je w promienie kosmiczne. Ponie- ziemski akcelerator cząstka przemkn�"a- ją innych ęróde" takiej energii w na- waŻ promienie kosmiczne są na"ado- by w kilka mikrosekund, natomiast w je- szej Galaktyce. wane, poruszają si� w mi�dzygwiazdo- go kosmicznym odpowiedniku moŻe Gdy zapada si� gwiazda o duŻej ma- wych polach magnetycznych po skom- sp�dzi� lata, a nawet tysiąclecia. (Na ska- sie, jej zewn�trzne cz�Ęci eksplodują, plikowanych torach. W wyniku tego ich le czasowe mają dodatkowy wp"yw nie- osiągając pr�dkoĘ� ponad 10 000 km/s. kierunki obserwowane z Ziemi nie do- zwyk"e, zniekszta"cone relatywistycznie Podobna iloĘ� energii jest wyzwalana starczają Żadnej informacji o po"oŻeniu uk"ady, w których poruszają si� cząstki podczas ca"kowitego rozpadu bia"ego pierwotnych ęróde". promieniowania kosmicznego o skrajnie kar"a w wybuchu termojądrowym. Przypatrując si� promieniowaniu syn- wysokich energiach. JeĘli moglibyĘmy W obydwu typach supernowych wyrzu- chrotronowemu, związanemu czasem obserwowa� taką cząstk� przez 10 tys. cana materia rozprasza si� z pr�dkoĘcią z pozosta"oĘciami po supernowych, na- lat, to z jej punktu widzenia okres ten odpowiada"by zaledwie sekundzie.) Astronomowie juŻ od dawna rozwa- Żali moŻliwoĘ�, Że wi�kszoĘ� galaktycz- nego promieniowania kosmicznego o energii poniŻej mniej wi�cej 1016 eV nie powstaje podczas wybuchu super- nowych. Hipoteza ta narzuca"a si� wprost, skoro moc potrzebna do utrzy- mania na obserwowanym poziomie za- pasu jąder promieniowania kosmiczne- DETEKTOR PóKU ATMOSFERYCZNEGO poszukuje Ęladów promieni kosmicznych w górnych warstwach atmosfery. Fotodetek- tory mogą Ęledzi� b"yski Ęwiat"a powodo- wane przez cząstki oddzia"ujące z cząstecz- kami powietrza i okreĘla� energi� oraz prawdopodobną toŻsamoĘ� dochodzących promieni. Detektor Fly s Eye (z prawej na zbliŻeniu) usytuowany jest w Utah. 38 �WIAT NAUKI Marzec 1997 GEORGE KELVIN B. BOLA U.S. Army niu od promieniowania dochodzące- mi atmosfery ziemskiej, gdy powstaje JEDNA CZŃSTKA NA METR KWADRATOWY go z wn�trza pozosta"oĘci promienio- p�k cząstek wtórnych. Aby wi�c upew- NA SEKUNDó wanie rentgenowskie otoczki wyka- ni� si� co do sk"adu chemicznego pro- zuje cechy charakterystyczne promie- mieni kosmicznych, naleŻy przeprowa- niowania synchrotronowego. Astrofi- dzi� pomiar, zanim jeszcze wejdą one zycy wywnioskowali z tego, Że elektro- w g�ste warstwy atmosfery. Niestety, za- JEDNA CZŃSTKA ny by"y tam przyspieszane aŻ do ener- rejestrowanie 100 promieni kosmicznych NA METR KWADRATOWY NA ROK gii 1014 eV (100 TeV). o energiach bliskich 1014 eV wymaga od Detektor EGRET, umieszczony na po- detektora o powierzchni 10 m2 dzia"ania k"adzie Compton Gamma Ray Observatory, na orbicie przez trzy lata. Typowe cza- KOLANKO zosta" uŻyty do badania punktowych sy ekspozycji są obecnie równowaŻne ęróde" promieniowania utoŻsamia- mniej wi�cej 3 dniom na 1 m2 detektora. JEDNA CZŃSTKA nych z pozosta"oĘciami po supernowych. Naukowcy starają si� rozwiąza� ten NA KILOMETR Obserwowane nat�Żenia promieniowa- problem za pomocą pewnych pomys"o- KWADRATOWY NA ROK nia i ich widma (aŻ do miliarda elektro- wych eksperymentów. Na przyk"ad nowoltów) wskazują, Że pochodzi ono w NASA zosta"a rozwini�ta technologia
z rozpadu cząstek zwanych pionami utrzymywania duŻych "adunków (o wa- neutralnymi, które mog"yby powstawa� dze oko"o trzech ton) przez wiele dni na w efekcie zderzenia promieni kosmicz- balonach pozostających na duŻych wy- nych stanowiących resztki eksplodu- sokoĘciach. Koszty takich eksperymen- 1010 1012 1014 1016 1018 1020 jącej gwiazdy z otaczającym ją gazem tów stanowią niewielką cz�Ę� kosztów ENERGIA (ELEKTRONOWOLTY) mi�dzygwiazdowym. Interesujące jest detektora tej klasy umieszczonego na ukowcy znaleęli bardziej bezpoĘrednie jednak to, Że poszukiwania przedsi�- satelicie. Najbardziej udane loty tego ty- dowody wyst�powania supernowych wzi�te w naziemnym Whipple Observa- pu odby"y si� na Antarktydzie, gdzie w roli akceleratorów. Promieniowanie tory w zakresie promieni o duŻo wyŻ- wiatry w górnych warstwach atmosfery synchrotronowe jest charakterystyczne szych energiach, pochodzących w kilku zataczają niemal idealny okrąg wokó" dla elektronów o wysokiej energii, poru- przypadkach z tych samych pozosta"o- bieguna po"udniowego. szających si� w intensywnym polu ma- Ęci po supernowych, nie doprowadzi"y Balon wypuszczony w McMurdo gnetycznym, które mog"oby dzia"a� ja- do stwierdzenia sygna"ów na takim po- Sound na wybrzeŻu Antarktydy prze- ko akcelerator promieni kosmicznych, ziomie, jakiego naleŻa"o si� spodziewa�, w�druje po zamkni�tej p�tli o prawie a pojawianie si� w niektórych pozosta- gdyby wybuchy przyspiesza"y cząstki sta"ym promieniu wokó" bieguna i po- "oĘciach po supernowych synchrotro- do energii 1014 eV lub wyŻszych. wróci w kołcu w pobliŻe miejsca, skąd nowego promieniowania rentgenow- Dodatkowo sprawdzamy związek zosta" wys"any. Niektóre z balonów skiego Ęwiadczy o szczególnie wysokich mi�dzy promieniami kosmicznymi o wy- okrąŻy"y kontynent w ciągu 10 dni. energiach. (W urządzeniach ziemskich sokich energiach a supernowymi, bada- Swordy wspó"pracuje z Dietrichem M�l- emisja synchrotronowa ogranicza ener- jąc sk"ad chemiczny jąder atomowych lerem i Peterem Meyerem z University of gi� cząstek, poniewaŻ tempo jej wy- promieni. Rozmiary orbity na"adowanej Chicago nad budową detektora o po- Ęwiecania wzrasta wraz z pr�dkoĘcią cząstki w polu magnetycznym są pro- wierzchni 10 m2 mogącego dokona� w cząstki. W pewnym momencie energia porcjonalne do jej ca"kowitego p�du czasie takiego lotu pomiarów ci�Żkich w postaci promieniowania uchodzi z przypadającego na jednostk� "adunku, jąder promieniowania kosmicznego, któ- przyspieszanej cząstki w takim tempie, tak wi�c ci�Ższe jądra o danych rozmia- rych energia dochodzi do 1015 eV. Do- w jakim jest do niej dostarczana.) Ostat- rach orbity mają wi�kszą energi� ca"ko- k"adają równieŻ starał, by wyd"uŻy� nio japołski satelita przeznaczony do witą. KaŻdy proces ograniczający przy- czas ekspozycji do oko"o 100 dni, orga- obserwacji promieniowania rentgenow- spieszanie cząstek z powodu wielkoĘci nizując podobne loty bliŻej równika. skiego ASCA wykona" zdj�cia otoczki orbity (na przyk"ad przyspieszanie w supernowej z 1006 roku. W odróŻnie- ograniczonym obszarze) prowadzi� za- W przestrzeni mi�dzygalaktycznej tem b�dzie do nadwyŻki ci�Ższych jąder towarzyszących wyŻszym energiom. Badanie promieni kosmicznych ChcielibyĘmy jednak pójĘ� dalej i zna- o jeszcze wi�kszych energiach powsta- leę� Ęlad pierwiastków przyspieszanych jących w nie znanych dotąd ęród"ach w poszczególnych typach supernowych. wymaga zastosowania olbrzymich de- Na przyk"ad supernowa powsta"a w tektorów naziemnych. Pozwala to po- wyniku rozpadu bia"ego kar"a powin- kona� problemy związane z ma"ym na przyspiesza� wszystkie jądra atomo- strumieniem, gdyŻ moŻna prowadzi� we, które znajdują si� w otaczającym ją obserwacj� ogromnych powierzchni oĘrodku mi�dzygwiazdowym, nato- efektywnych w ciągu miesi�cy, a nawet miast powstająca w wyniku zapada- lat. Ta informacja musi zosta� jednak nia si� gwiazdy o duŻej masie wiatr wy"owiona z kaskad cząstek wtórnych gwiazdowy otaczający gwiazd� na elektronów, mionów i promieni wczeĘniejszych etapach ewolucji. W nie- których ęród"em wysoko w atmosferze których przypadkach w wietrze tym po- jest wpadające jądro atomowe promie- winno si� znajdowa� wi�cej helu, w�- nia kosmicznego. Takie poĘrednie meto- gla, a nawet pierwiastków ci�Ższych. dy mogą, zamiast identyfikowa� liczb� Wysokoenergetyczne promienie kos- atomową kaŻdego wpadającego jądra, miczne niemal ca"kowicie tracą toŻsa- jedynie sugerowa� ogólny sk"ad che- moĘ� podczas oddzia"ywania z atoma- miczny tych promieni. �WIAT NAUKI Marzec 1997 39 WZGLóDNY STRUMIEĄ CZŃSTEK (JEDNOSTKI LOGARYTMICZNE) JENNIFER C. CHRISTIANSEN BALON WYSOKO�CIOWY wypuszczony w pobliŻu Bazy McMurdo na Antarktydzie wynosi detektory promieniowania kosmicz- nego ponad atmosfer�. Na wysokoĘci 40 km nad czapą polarną wiatry zataczają wokó" LODOWIEC bieguna po"udniowego okr�gi, odsy"ając na LODOWIEC SZELFOWY RONNE SZELFOWY ROSSA powrót balon w okolice punktu startowego po mniej wi�cej 10 dniach. Detektory na ba- lonach nie są tak czu"e jak umieszczane na pok"adach satelitów, za to mogą by� o wie- le wi�ksze i kosztują znacznie mniej. BAZA McMURDO Miliony cząstek wtórnych wyzwolo- nych przez promieł kosmiczny są roz- rzucane na poziomie gruntu na obszarze o promieniu setek metrów. PoniewaŻ nie jest zbyt praktyczne pokrywanie de- KIERUNEK LOTU tektorami ca"ego tak wielkiego obsza- ru, rejestruje si� takie p�ki atmosferycz- ANTARKTYDA ne w kilkuset róŻnych miejscach. Usprawnienia techniczne umoŻliwi"y gromadzenie coraz bardziej z"oŻonych serii danych, pozwalając w ten sposób wyciągną� wnioski z badania kaŻdego p�ku. Na przyk"ad w eksperymencie o nazwie CASA-MIA-DICE przeprowa- niu obserwacji tych samych rodzajów JeĘliby ęród"a takich wysokoenerge- dzonym w Utah, w którym biorą udzia" promieni kosmicznych przez detektory tycznych cząstek by"y roz"oŻone równo- Cronin i Swordy, dokonuje si� pomia- naziemne i powietrzne, a takŻe w lep- miernie we WszechĘwiecie, oddzia"ywa- rów rozk"adu elektronów i mionów przy szym kalibrowaniu danych naziemnych. nie z mikrofalowym promieniowaniem powierzchni Ziemi. Wykrywane jest tak- SpoĘród promieni kosmicznych o ener- t"a powodowa"oby ostre obci�cie liczby Że promieniowanie Czerenkowa (rodzaj giach przewyŻszających 1020 eV w atmo- cząstek o energiach powyŻej 5 x 1019 eV; optycznej fali uderzeniowej wytwarza- sfer� ziemską uderza najwyŻej jeden na taki przypadek jednak nie zachodzi. Za- nej przez cząstki poruszające si� z pr�d- kilometr kwadratowy rocznie. W związ- rejestrowano dotychczas zbyt ma"o zda- koĘcią wi�kszą niŻ Ęwiat"o w otaczają- ku z tym ich badanie wymaga stosowa- rzeł o energii przekraczającej ten sym- cym je oĘrodku), generowane przez nia detektora p�ków atmosferycznych boliczny próg, aby móc stwierdzi�, co si� cząstki p�ku w róŻnych warstwach at- o prawdziwie gigantycznych rozmiarach. dzieje, lecz nawet te nieliczne, których mosfery. Dane te pozwalają na wierniej- Oprócz incydentu z 1991 roku w Utah Ęwiadkami byliĘmy, dają nam jedyną szą rekonstrukcj� kszta"tu p�ku, a zatem cząstki o energiach powyŻej 1020 eV by"y w swoim rodzaju okazj� do budowania na lepsze odtworzenie energii i zidenty- rejestrowane przez róŻne grupy w ca"ych róŻnych teorii. PoniewaŻ promienie te fikowanie promienia kosmicznego, któ- Stanach Zjednoczonych, w Akeno w Ja- nie ulegają w zasadzie odchyleniu przez ry go zainicjowa". ponii, w Haverah Park w Wielkiej Bryta- s"abe mi�dzygalaktyczne pola magne- Gaisser mierzy natomiast w"asnoĘci nii i w Jakucku na Syberii. tyczne, pomiary kierunku przychodze- p�ków osiągających powierzchni� Zie- nia dostatecznie duŻej próbki powinny mi na biegunie po"udniowym. Ekspe- Niezwyk"e olbrzymy jednoznacznie wskaza� po"oŻenie ich rymentatorzy wspó"pracują z AMAN- ęróde". DA (Antarctic Muon and Neutrino Cząstki o tak wysokich energiach sta- Bardzo interesujące jest dedukowa- Detector Array antarktycznym uk"a- nowią prawdziwą zagadk�. Z jednej nie toŻsamoĘci ęróde". Szeroki zakres dem detektorów mionów i neutrin) strony, dochodzą prawdopodobnie spo- moŻliwoĘci dają trzy przedstawione wykrywającym miony o wysokiej ener- za naszej Galaktyki, poniewaŻ Żaden ostatnio hipotezy: dysk akrecyjny wo- gii, powstające w tych samych p�kach znany galaktyczny mechanizm przy- kó" galaktycznej czarnej dziury, b"yski w wyniku obserwacji promieniowania spieszania nie móg"by ich wytworzy�, promieniowania oraz defekty topolo- Czerenkowa generowanego g"�boko a ponadto przychodzą ze wszystkich giczne struktury WszechĘwiata. w lodowej czapie polarnej. G"ównym kierunków, chociaŻ pole magnetyczne Astrofizycy przewidzieli, Że do wy- zadaniem AMANDA jest wy"apywanie Galaktyki nie zagina ich toru. Z drugiej rzucenia relatywistycznych strug mate- Ęladów neutrin wytwarzanych w kos- zaĘ strony, ich ęród"o nie moŻe by� bar- rii daleko w przestrzeł mi�dzygalak- micznych akceleratorach, które mogą dziej odleg"e niŻ jakieĘ 30 mln lat Ęwietl- tyczną z pr�dkoĘciami dochodzącymi generowa� po przejĘciu przez wn�trze nych w przeciwnym razie cząstki te do osiąganej przez Ęwiat"o konieczne są Ziemi p�ki skierowane ku górze. utraci"yby swoją energi�, oddzia"ując czarne dziury o masach powyŻej miliar- Poza gromadzeniem dok"adniejszych z globalnym t"em promieniowania mi- da mas S"ołca, wsysające materi� w ją- danych naukowcy udoskonalają takŻe krofalowego pozosta"ego po narodzi- drach aktywnych galaktyk. Mapy takich symulacje komputerowe rozwoju p�- nach kosmosu w Wielkim Wybuchu. strug materii zosta"y sporządzone za ków atmosferycznych. Modele pozwa- W relatywistycznym wszechĘwiecie, pomocą radioteleskopów. Peter L. Bier- lają zrozumie� zarówno moŻliwoĘci, który zape"niają promienie kosmiczne mann z Instytutu Radioastronomicz- jak i ograniczenia pomiarów naziem- o najwyŻszych energiach, nawet poje- nego Maxa Plancka w Bonn wraz ze nych. Poszerzenie zakresu bezpoĘred- dynczy foton o cz�stoĘci radiowej ma wspó"pracownikami przypuszczają, Że nich pomiarów energii promieniowa- wystarczająco duŻo krzepy, by pozba- gorące plamy widoczne w tych struk- nia kosmicznego pomoŻe w prowadze- wi� cząstk� wi�kszoĘci jej energii. turach radiowych są frontami fal ude- 40 �WIAT NAUKI Marzec 1997 GEORGE KELVIN Uk"ad detektorów AGASA w Japonii ma obecnie powierzchni� efektywną 200 km2, a nowy eksperyment w Utah zwany Fly s Eye HiRes (Oko Muchy o DuŻej RozdzielczoĘci) pokryje powierzchni� oko"o 1000 km2. KaŻdy z detektorów mo- Że rocznie wy"apa� jedynie kilka zdarzeł o skrajnie wysokiej energii. W ciągu ostatnich kilku lat Cronin i Alan A. Watson z University of Leeds stan�li na czele przedsi�wzi�cia zmierza- jącego do zgromadzenia jeszcze wi�kszej próbki promieni kosmicznych o bardzo wysokiej energii. Inicjatyw� t� nazwano Auger Project od nazwiska Pierre a Augera, francuskiego naukowca, który pierwszy bada" zjawisko powiązanych ze sobą p�ków cząstek pochodzących od promieni kosmicznych. Planowana jest budowa na powierzchni 9000 km2 detek- torów, mogących w ciągu roku zmierzy� setki wysokoenergetycznych zdarzeł. Powierzchni� detektorów stanowi� b�- dzie wiele jednostek roz"oŻonych na siat- rzeniowych przyspieszającymi promie- nych, jakie mog"yby powsta� we wcze- ce o pó"torakilometrowych okach. Po- nie kosmiczne do skrajnie wysokich snym WszechĘwiecie. Te hipotetyczne jedyncze zdarzenie moŻe zainicjowa� energii. Istnieją oznaki, Że kierunki pro- obiekty są, jak si� przypuszcza, siedli- sygna" w dziesiątkach jednostek. mieni kosmicznych o najwyŻszych ener- skiem pozosta"oĘci po wczeĘniejszej, bar- Konferencja poĘwi�cona realizacji Au- giach naĘladują do pewnego stopnia dziej symetrycznej fazie podstawowych ger Project, która odby"a si� w 1995 roku rozk"ad radiogalaktyk na niebie. pól natury: gdy grawitacja, elektroma- w Fermi National Accelerator Laboratory, Hipoteza, Że b"yski promieniowa- gnetyzm oraz jądrowe oddzia"ywania podkreĘli"a moŻliwoĘci nowoczesnej tech- nia są ęród"em wysokoenergetycz- s"abe i silne stanowi"y jednoĘ�. MoŻna je niki w budowaniu takiego uk"adu; przy- nych promieni kosmicznych, wzi�"a si� sobie w pewnym sensie wyobrazi� jako k"adami jej są baterie s"oneczne, telefony z teorii wyjaĘniającej powstawanie b"y- ma"e kieszonki z odrobinami Wszech- komórkowe czy odbiorniki Globalnego sków w wyniku relatywistycznych eks- Ęwiata, który istnia" w u"amkach sekund Systemu Lokalizacji (GPS). Detektor wiel- plozji, podczas których dochodzi do zle- po Wielkim Wybuchu. koĘci Rhode Island kosztowa"by tylko wania si� gwiazd neutronowych. Mario Podczas zapadania si� tych kieszonek, oko"o 50 mln dolarów. Aby obją� pomia- Vietri z Obserwatorium Astronomicz- gdy równieŻ wewnątrz nich dochodzi rami ca"e niebo, planuje si� zbudowanie nego w Rzymie oraz niezaleŻnie Eli do z"amania symetrii si", energia w nich dwóch takich detektorów na pó"kuli pó"- Waxman z Princeton University zauwa- zawarta zostaje wyzwolona w postaci nocnej i po"udniowej. Żyli wysoką zgodnoĘ� pomi�dzy energią supermasywnych cząstek rozpadających Podczas gdy naukowcy zmagają si� wyzwalaną podczas takich kataklizmów si� natychmiast na strumienie cząstek z problemami budowy i obs"ugi gigan- a potrzebną do utrzymania najwyŻszej o energiach do 100 tys. razy wi�kszych tycznych sieci detektorów, nadal nie ma energii obserwowanego strumienia pro- od znanych nam promieni kosmicznych odpowiedzi na podstawowe pytanie: czy mieniowania kosmicznego. Traktują oni o skrajnie wysokich energiach. W tym natura moŻe wytworzy� cząstki o jesz- fale uderzeniowe o bardzo wielkich scenariuszu te ostatnie są jedynie stosun- cze wi�kszej energii od zarejestrowanych pr�dkoĘciach wywo"ywane przez te eks- kowo powolnymi pozosta"oĘciami po ka- do tej pory? Czy istnieją promienie ko- plozje jako kosmiczne akceleratory. skadach kosmologicznych cząstek. smiczne o jeszcze wyŻszych energiach, By� moŻe najbardziej interesująca jest Jakiekolwiek by by"o ęród"o tych pro- czy teŻ moŻe juŻ wykrywamy cząstki hipoteza, wed"ug której cząstki o najwyŻ- mieni kosmicznych, prawdziwym wy- o najwyŻszych energiach, jakie nasz szych energiach zawdzi�czają istnienie zwaniem jest zebranie wystarczającej ich WszechĘwiat potrafi wykreowa�? rozpadowi monopoli, strun, Ęcian do- iloĘci do zbadania szczegó"owych kore- T"umaczy" men oraz innych defektów topologicz- lacji z obiektami pozagalaktycznymi. Zbigniew Loska Informacje o autorach Literatura uzupe"niająca JAMES W. CRONIN, THOMAS K. GAISSER i SIMON P. SWORDY pracują zarówno nad INTRODUCTION TO ULTRAHIGH ENERGY COSMIC RAY teorią powstawania promieni kosmicznych, jak i praktycznymi problemami związanymi PHYSICS. Pierre Sokolsky; Addison-Wesley, 1988. z ich detekcją i analizą. Cronin, profesor fizyki w University of Chicago od 1971 roku, COSMIC RAYS AND PARTICLE PHYSICS. Thomas K. obroni" prac� magisterską w 1953 roku, a prac� doktorską w 1955. W 1980 roku wraz z Va- Gaisser; Cambridge University Press, 1990. lem L. Fitchem otrzyma" Nagrod� Nobla za prac� o naruszeniu symetrii podczas rozpa- HIGH ENERGY ASTROPHYSICS, vol. 1. Wyd. II. Mal- du mezonów. Gaisser, profesor fizyki w University of Delaware, skoncentrowa" si� na in- colm S. Longair; Cambridge University Press, terpretacji kaskad atmosferycznych wywo"anych promieniami kosmicznymi. Uzyska" 1992. doktorat w Brown University w 1967 roku. Sp�dzi" dwa miesiące na Antarktydzie przy COSMIC RAY OBSERVATIONS BELOW 1014 eV. Simon montowaniu detektorów promieniowania kosmicznego. Swordy, profesor nadzwyczajny Swordy, w: Proceedings of the XXIII Internatio- w University of Chicago, zajmowa" si� aktywnie pomiarami promieniowania kosmiczne- nal Cosmic Ray Conference. Red. D. A. Leahy, R. go od 1976 roku. Doktoryzowa" si� w University of Bristol w 1979 roku. B. Hicks i D. Venkatesan; World Scientific, 1994. �WIAT NAUKI Marzec 1997 41 STEVEN PETERZEN National Scientific Balloon Facility