Физики отмечают вековой юбилей космических лучей

Сто лет назад австрийский физик Виктор Франц Гесс обнаружил поток субатомных частиц, льющийся на нас из космоса. Среди прочего это открытие заложило фундамент совершенно новой области исследований — физики высоких энергий…

…Которая совсем недавно снова оказалась в центре внимания в связи с первым экспериментальным подтверждением существования бозона Хиггса.

7 августа 1912 года, когда Гесс завершил седьмую экспедицию на воздушном шаре за год, он, конечно, не осознавал в полной мере, что ему открылось. Учёный лишь зарегистрировал (с помощью трёх приборов по измерению ионизации) излучение на высоте 5 300 м над озером Швилох на юго-востоке немецкой земли Бранденбург. Позже стало ясно, что это так называемое космическое излучение состоит в основном из энергичных, электрически заряженных атомных ядер. 24 года спустя Гесс получил за это Нобелевскую премию.

1911-1912 год, Виктор Франц Гесс (сидит в корзине) (изображение VF Hess Society / Schloss Pöllau).

«Обнаружение космических лучей было открытием века и принесло нам совершенно новый взгляд на космос, — говорит Христиан Штегманн, глава института DESY (ФРГ). — Кроме того, оно стало краеугольным камнем физики элементарных частиц в эпоху до появления ускорителей, ведь изучение космических лучей привело к открытию многих важных частиц, в том числе позитрона, мюона и пиона».

В честь юбилея DESY, Потсдамский университет и Институт истории науки Общества Макса Планка с 6 по 8 августа проведут симпозиум в Бад-Сарове, где Гесс опустил свой воздушный шар. Участники обсудят прошлое и будущее.

Наряду с лауреатом Нобелевской премии по физике Джеймсом Кронином, одним из создателей крупнейшей на сегодня обсерватории для наблюдения за космическими лучами «Пьер Оже» (Аргентина), и 14-м королевским астрономом сэром Арнольдом Вулфендейлом на мероприятии зарегистрировались и внуки Гесса Уильям и Артур Брейски. Будет открыт мемориальный камень, участники смогут полетать на воздушном шаре и полюбоваться на электроскопы, с помощью которых проводятся измерения ионизации.

«Сто лет — хороший повод оглянуться назад и подумать, куда двигаться дальше, — говорит сэр Вулфендейл. — Открытие космических лучей привело в своё время к появлению новых направлений исследования, похожая ситуация возникла и сейчас: вот-вот будет дан старт нейтринной астрономии и по-настоящему начнётся гамма-астрономия».

С помощью гамма-астрономии физики надеются получить новые данные о природе космических ускорителей заряженных частиц, которые в миллион раз мощнее, чем лучшие ускорители человечества. Одиночные протоны космического излучения могут иметь столько же энергии, как хорошо пущенный теннисный мяч, но из-за своего электрического заряда быстрые частицы отклоняются многочисленными магнитными полями во время путешествия по космосу. Поэтому невозможно проследить происхождение частиц по направлению полёта, когда они попадают на Землю.

Таким образом, несмотря на сто лет исследований, тайна происхождения космических лучей всё ещё не раскрыта. «Вселенная наполнена природными ускорителями частиц — взрывами сверхновых в двойных звёздных системах и активными галактическими ядрами. Пока нам известно лишь 150 таких объектов, и мы только приступаем к пониманию физики этих увлекательных систем», — говорит г-н Штегманн.

Несмотря на название, космические лучи в основном состоит из частиц, но небольшая доля приходится также на гамма-излучение, которое не сбивается с пути и тем самым прямо указывает на свой источник. Для охоты за ними строятся специализированные обсерватории, такие как H.E.S.S. в Намибии, названная в честь первооткрывателя, MAGIC на острове Пальма (Канары) и VERITAS в Соединённых Штатах. Они позволили обнаружить более ста космических источников высокоэнергетичного гамма-излучения. Европейскими организациями запланирована обсерватория им. Черенкова, которая должна превзойти все остальные.

Ускорители частиц в глубинах Вселенной можно обнаруживать и с помощью нейтрино — лёгких, электрически нейтральных частиц, которые также не отклоняются магнитным полем. Крупнейший в мире телескоп IceCube в Антарктиде, предназначенный для поиска нейтрино, был готов в декабре 2010 года и только что приступил к работе.

Подготовлено по материалам DESY.