🧝🏽 🕺🏿 👩🏼‍💻 एथन नंबर 14 से पूछें: ब्रह्मांड का सबसे ऊँचा ऊर्जा कण 🖐🏽 😥 😽

मेरी टिप्पणियों के परिणामों को इस धारणा से सबसे अच्छा समझा जाता है कि भारी मर्मज्ञ ऊर्जा का विकिरण ऊपर से हमारे वायुमंडल में प्रवेश करता है।
- विक्टर हेस

आप सोच सकते हैं कि सबसे शक्तिशाली कण त्वरक - SLAC, Fermilab, LHC - उच्चतम ऊर्जा के स्रोत हैं जो हम देख सकते हैं। लेकिन हम पृथ्वी पर ऐसा करने के लिए ब्रह्मांड की प्राकृतिक प्रक्रियाओं के साथ किसी भी तुलना में प्रवेश नहीं करता है कोशिश कर रहे हैं कि सभी।

पाठक पूछता है:

जब से मैंने एक बच्चे के रूप में फैंटास्टिक फोर के बारे में कॉमिक्स पढ़ना शुरू किया, मैं कॉस्मिक किरणों के बारे में अधिक जानना चाहता था। क्या आप इसमें मेरी सहायता कर सकते है?

आइए एक नजर डालते हैं।

इससे पहले भी यूरी गगारिन हमारे ग्रह की सतह से दूर जा सकते थे, यह व्यापक रूप से ज्ञात था कि वहां, वायुमंडल की सुरक्षा से परे, अंतरिक्ष उच्च ऊर्जा विकिरण से भरा है। हमें इस बारे में कैसे पता चला?

इलेक्ट्रोस्कोप के साथ सबसे सरल प्रयोगों के दौरान पहला संदेह पैदा हुआ।

यदि आप ऐसे उपकरण को एक इलेक्ट्रिक चार्ज देते हैं जिसमें दो धातु के पत्ते एक दूसरे से जुड़े होते हैं - तो वे एक ही चार्ज प्राप्त करेंगे और फिर से निकालेंगे। किसी को उम्मीद होगी कि समय के साथ चार्ज आसपास की हवा में चला जाएगा - इसलिए, यह आपके दिमाग में आ सकता है कि डिवाइस को अलग-थलग करें, उदाहरण के लिए, इसके चारों ओर एक वैक्यूम बनाकर।

लेकिन इस मामले में, इलेक्ट्रोस्कोप को छुट्टी दे दी जाती है। यहां तक कि अगर आप इसे सीसा के साथ अलग करते हैं, तो भी यह निर्वहन करेगा। जैसा कि 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में प्रयोगकर्ताओं ने पाया था कि आप जितना अधिक इलेक्ट्रोस्कोप बढ़ाते हैं, उतनी ही तेजी से उसका निर्वहन होगा। कई वैज्ञानिकों ने परिकल्पना की है कि उच्च ऊर्जा विकिरण के कारण निर्वहन होता है। इसमें पृथ्वी के बाहर उच्च मर्मज्ञ ऊर्जा और उत्पत्ति है।

यह परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए विज्ञान में प्रथागत है। 1912 में, विक्टर हेसएक गुब्बारे के साथ एक प्रयोग किया जिसमें उन्होंने इन उच्च ऊर्जा वाले ब्रह्मांडीय कणों को खोजने की कोशिश की। और उसने उन्हें बहुतायत में पाया, जो ब्रह्मांडीय किरणों का जनक बन गया ।

शुरुआती डिटेक्टर आश्चर्यजनक रूप से सरल थे। आपने एक विशेष पायस स्थापित किया है जो इसके माध्यम से आवेशित कणों के पारित होने को "होश" करता है, और इसे एक चुंबकीय क्षेत्र में डाल देता है। जब कण इससे गुजरते हैं, तो आप दो महत्वपूर्ण बातें सीख सकते हैं:

बड़े पैमाने पर करने के लिए चार्ज
और उसकी गति

जो इस बात पर निर्भर करता है कि कण पथ कैसे झुकता है। यदि आप लागू चुंबकीय क्षेत्र की ताकत जानते हैं तो इसकी गणना की जा सकती है।

1930 के दशक में, कई प्रयोग, दोनों शुरुआती जमीन-आधारित त्वरक और कॉस्मिक किरण डिटेक्टरों के साथ, बहुत ही रोचक जानकारी का उत्पादन किया। उदाहरण के लिए, ब्रह्मांडीय विकिरण के अधिकांश कणों (90%) में विभिन्न ऊर्जा स्तर थे - कुछ मेगा-इलेक्ट्रिक वोल्ट से, ऐसी उच्च ऊर्जाओं के लिए जो आप माप सकते थे! शेष बचे अधिकांश अल्फा कण, या हीलियम नाभिक थे, जो एक ही ऊर्जा स्तर के साथ दो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन थे।

पोजीट्रान, जिसके वजूद को डिराक द्वारा 1930 में अनुमान लगाया गया था: इन ब्रह्मांडीय किरणों पृथ्वी के वायुमंडल के ऊपरी भाग को पूरा करते हैं, वे इसे साथ बातचीत और झरना प्रतिक्रियाओं है कि उच्च ऊर्जा कणों की बारिश बनाने के लिए, दो नए लोगों को भी शामिल उत्पन्न करते हैं। यह एक ही द्रव्यमान के एंटीमैटर की दुनिया से एक इलेक्ट्रॉन का एक जुड़वा है, लेकिन एक सकारात्मक चार्ज के साथ, और म्यूऑन एक अस्थिर कण है जो इलेक्ट्रॉन के समान चार्ज के साथ है, लेकिन 206 गुना भारी है। पॉज़िट्रॉन की खोज कार्ल एंडरसन ने 1932 में की थी, और 1936 में उनके और उनके छात्र सेठ नेडरमीयर द्वारा म्यूऑन की खोज की थी, लेकिन पहले पॉज़िट्रॉन की खोज कुछ साल पहले पॉल कुन्ज द्वारा की गई थी, जो कुछ वर्षों के लिए इतिहास भूल गया था ।

आश्चर्यजनक बात है: यदि आप अपना हाथ पृथ्वी के समानांतर बढ़ाते हैं, तो हर दूसरा 1 म्यूऑन इससे होकर गुजरेगा।

आपके हाथ से गुजरने वाला प्रत्येक म्यूऑन कॉस्मिक किरणों की बारिश में पैदा होता है और उनमें से प्रत्येक सापेक्षता के विशेष सिद्धांत की पुष्टि करता है! आप देखिए, ये म्यूऑन लगभग 100 किमी की ऊँचाई पर बनाए गए हैं, लेकिन एक म्यूऑन का औसत जीवन काल लगभग 2.2 माइक्रोसेकंड है। यहां तक कि अगर वे प्रकाश की गति से चले गए, तो वे क्षय से पहले 660 मीटर से अधिक नहीं चल पाएंगे। लेकिन समय की विकृति के कारण, इस तथ्य के कारण कि प्रकाश की गति के करीब गति करने वाले एक कण का समय एक स्थिर पर्यवेक्षक के दृष्टिकोण से धीमा हो जाता है, ये तेजी से बढ़ने वाले म्यूऑन अपने क्षय से पहले पृथ्वी की सतह पर सभी तरह से जा सकते हैं।

अगर हमें आज के लिए ले जाया जाता है, तो यह पता चलेगा कि हमने इन ब्रह्मांडीय कणों की मात्रा और ऊर्जा स्पेक्ट्रम दोनों को सही ढंग से मापा है।

100 GeV के क्रम के ऊर्जा कण सबसे अधिक पाए जाते हैं, और लगभग 1 ऐसा कण हर सेकंड पृथ्वी की सतह के एक वर्ग मीटर से होकर गुजरता है। और, हालाँकि अधिक ऊर्जा के कण होते हैं, वे अक्सर कम पाए जाते हैं - कम अक्सर, जितनी अधिक ऊर्जा हम लेते हैं। उदाहरण के लिए, यदि हम 10 ¹⁶ ईवी की ऊर्जा लेते हैं, तो ऐसे कण साल में केवल एक बार एक वर्ग मीटर से गुजरेंगे। और 5 × 10 ¹⁰ GeV (या 5 × 10 ¹⁹ eV) की ऊर्जा वाले उच्चतम-ऊर्जा कण 10 किमी के किनारे के साथ एक वर्ष में एक बार डिटेक्टर से गुजरेंगे।

ऐसा विचार बल्कि अजीब लगता है - और फिर भी, इसके कार्यान्वयन का एक कारण है: ब्रह्मांड किरणों की ऊर्जा की सीमा और ब्रह्मांड में प्रोटॉन की गति की सीमा होनी चाहिए।! ऊर्जा पर कोई प्रतिबंध नहीं हो सकता है जो हम एक प्रोटॉन को दे सकते हैं: चार्ज किए गए कणों को चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करके त्वरित किया जा सकता है, और ब्रह्मांड में सबसे बड़ा और सबसे सक्रिय ब्लैक होल हमारे द्वारा देखे गए की तुलना में प्रोटॉन को ऊर्जाओं में तेजी ला सकता है।

लेकिन हमें तक पहुँचने के लिए उन्हें ब्रह्मांड की यात्रा करनी चाहिए, और ब्रह्मांड बहुत ठंडा, कम ऊर्जा विकिरण - पृष्ठभूमि ब्रह्मांडीय विकिरण से भरा है।

उच्च-ऊर्जा के कण केवल उन क्षेत्रों में बनाए जाते हैं जहां ब्रह्मांड में सबसे बड़े और सक्रिय ब्लैक होल स्थित हैं, और ये सभी हमारी आकाशगंगा से बहुत दूर हैं। और अगर 5 × 10 ¹⁰ से अधिक ऊर्जा वाला एक कणGeV, यह कुछ मिलियन प्रकाश वर्ष से अधिक नहीं गुजर सकता है जब तक कि बिग बैंग से छोड़े गए फोटॉनों में से एक इसके साथ एक peony प्राप्त नहीं करता है। अत्यधिक ऊर्जा निकलने दिया जाएगा, और शेष ऊर्जा ब्रह्मांडीय ऊर्जा की सीमा, के रूप में जाना करने के लिए गिर जाएगी Graisen - Zatsepin - कुज़्मिन सीमा।

इसलिए, हमने केवल वही काम किया जो भौतिकविदों को उचित लगता है: हमने एक अप्रत्यक्ष रूप से विशाल डिटेक्टर का निर्माण किया, और कणों की खोज करना शुरू कर दिया!

वेधशाला के नाम पर पियरे ऑगर ऐसा ही करता है: पुष्टि करता है कि ब्रह्मांडीय किरणें हैं जो प्राप्त करते हैं, लेकिन इसे पार नहीं करते हैं, यह ऊर्जा सीमा, एलएचसी पर प्राप्त ऊर्जा का 10 मिलियन गुना है! इसका मतलब यह है कि सबसे तेज़ प्रोटॉन जो हमें अभी मिले हैं, वे लगभग प्रकाश की गति से बढ़ रहे हैं (जो कि वास्तव में 299,792,458 मीटर / सेकंड है), लेकिन थोड़ा धीमा। लेकिन कितना धीमा?

सबसे तेज़ प्रोटॉन, सीमा की सीमा पर स्थित, 299 792 457.999999999999918 मीटर प्रति सेकंड की गति से चलते हैं। यदि आप इस तरह के प्रोटॉन और फोटॉन को एंड्रोमेडा आकाशगंगा में लॉन्च करते हैंऔर इसके विपरीत, फोटॉन प्रोटॉन की तुलना में केवल 6 सेकंड पहले वापस आ जाएगा - और यह एक यात्रा के बाद है जिसमें 5 मिलियन वर्ष लगेंगे! लेकिन ये उच्च-ऊर्जा ब्रह्मांडीय किरणें एंड्रोमेडा से हमारे पास नहीं आती हैं: वे सुपरमैसिव ब्लैक होल से आती हैं, जैसे कि एनजीसी 1275 , जो हमसे लाखों या करोड़ों प्रकाश वर्ष की दूरी पर स्थित हैं।

नासा और इंटरस्टेलर बाउंड्री एक्सप्लोरर (IBEX) कार्यक्रम के लिए धन्यवाद, हम जानते हैं कि पृथ्वी पर हम जितनी गहराई से पता लगा सकते हैं उससे लगभग 10 गुना अधिक ब्रह्मांडीय किरणें हैं, और यह कि सौर हेलिओस्फियर उनमें से अधिकांश से हमारी रक्षा करता है।

यह ब्रह्मांडीय किरणों की पूरी शानदार कहानी है, जिसमें मेरे पसंदीदा गुण शामिल हैं - उच्च-ऊर्जा कण और ब्रह्मांडीय किरणों की ऊर्जा पर सीमा।

एथन नंबर 14 से पूछें: ब्रह्मांड का सबसे ऊँचा ऊर्जा कण

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