Предел Грайзена — Зацепина — Кузьмина

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Предел Грайзена — Зацепина — Кузьмина (предел ГЗК, реликтовое (или чернотельное) обрезание спектра в области предельно высоких энергий, GZK-эффект) — это теоретический верхний предел энергии космических лучей от отдалённых источников.

Предел был вычислен в 1966 году Георгием Зацепиным и Вадимом Кузьминым[1], и независимо Кеннетом Грайзеном.[2] Ограничение связано с взаимодействием частиц с фотонами фонового микроволнового излучения. Было предсказано, что частицы с энергией выше 5·1019 эВ (50 эксаэлектрон-вольт) взаимодействуют с фотонами, рождая пионы, пока их энергия не упадёт ниже указанного порога.

\gamma+p\rightarrow\Delta^+\rightarrow p + \pi^0

или

\gamma+p\rightarrow\Delta^+\rightarrow n + \pi^+

Средняя дистанция гашения энергии частиц — 50 Мпк, а так как в этих пределах нет никаких источников космических лучей таких высоких энергий, подобные частицы наблюдаться не должны.

Парадокс ГЗК[править | править исходный текст]

Наблюдения, проведённые во время эксперимента AGASA, показали, что Земли достигают лучи, энергия которых превышает установленный предел (их называют частицами ультравысоких, или предельно высоких энергий). Существование таких частиц называют парадоксом ГЗК[3]. Было предложено множество предположений для решения этой проблемы:

  • результаты наблюдений были неправильно интерпретированы
  • существуют источники излучения ближе 50 МПк (хотя такие источники обнаружены не были)
  • тяжёлые ядра могут преодолеть предел ГЗК
  • частицы, слабо взаимодействующие с веществом (например, нейтрино), могут преодолеть этот предел.

Теории для объяснения парадокса ГЗК[править | править исходный текст]

Наиболее интересная и значительная из них — дважды специальная теория относительности, однако, судя по последним исследованиям, из неё также следует аналогичный парадокс[4].

Некоторые из теорий объясняют парадокс взаимодействием с тёмным веществом, или же, что такие частицы и есть частицы тёмной материи.[источник не указан 1019 дней]

Факты, не подтверждающие наличие парадокса[править | править исходный текст]

В июле 2007 года, во время 30-й Международной конференции, посвящённой космическим лучам, в Мериде, Мексика, HiRes представили свои результаты относительно космических лучей ультравысоких энергий. HiRes наблюдали подавление в спектре космических лучей ультравысоких энергий только в предсказанной области, наблюдая только 13 событий с энергией выше порога, при ожидаемых 43 без подавления. Этот результат был опубликован Physical Review Letters[5][6], это первое наблюдение, отрицающее наличие парадокса ГЗК. Обсерватория Пьера Оже подтвердила этот результат: вместо 30 событий, необходимых, чтобы подтвердить результаты AGASA, наблюдались только 2 события. Кроме того, в угловом распределении 27 самых высокоэнергетичных событий (с энергией больше 5,7·1019 эВ) наблюдалась ярко выраженная анизотропия, которая хорошо коррелировала в большинстве случаев (в 20 из 27) с направлениями на активные ядра соседних галактик, вроде Центавра A.[7] В свете этих результатов, результаты AGASA могут быть неверными. [источник не указан 1019 дней]

Результаты наблюдений обсерватории Пьера Оже вплоть до конца марта 2009 года, опубликованные в 2012 году, подтвердили существование завала спектра космических лучей в области эффекта ГЗК для протонов и более тяжёлых частиц, на уровне значимости более 20σ.[8]

В настоящее время строятся несколько больших телескопов (EUSO, GLAST), чтобы подтвердить или опровергнуть наличие парадокса ГЗК. [источник не указан 1019 дней]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Зацепин Г. Т., Кузьмин В. А., «О верхней границе спектра космических лучей», Письма в ЖЭТФ, 1966, Т.4, № 3, 114—117.
  2. Greisen, Kenneth (1966). «End to the Cosmic-Ray Spectrum?». Physical Review Letters 16 (17): 748–750. DOI:10.1103/PhysRevLett.16.748.
  3. Dedenko, L. G., Fedorova, G. F., Fedunin, E. Y., Kirillov, A. A., & Roganova, T. M. The GZK Paradox and Estimation of Energy of the Primary Cosmic Rays // Proceedings of the 28th International Cosmic Ray Conference.
  4. Giovanni Amelino-Camelia. Doubly Special Relativity
  5. Abbasi, R. U.; et al. (2008). «First Observation of the Greisen-Zatsepin-Kuzmin Suppression». Physical Review Letters 100: 101101. DOI:10.1103/PhysRevLett.100.101101. arΧiv:astro-ph/0703099.
  6. Подтверждена реальность эффекта Грейзена — Зацепина — Кузьмина, Грани.ру, 26.03.2008.
  7. Открыта анизотропия космических лучей сверхвысоких энергий, Грани.ру, 09.11.2007.
  8. A. Creusot, For the Pierre Auger Collaboration Latest results of the Pierre Auger Observatory // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment : 4th International workshop on Acoustic and Radio EeV Neutrino detection Activities. — 2012. — Т. 662, Supplement 1. — С. S106–S112.

Ссылки[править | править исходный текст]