فيزياء الأشعة الكونية

شعاع كوني ، جسيم عالي السرعة - إما نواة ذرية أو إلكترون - ينتقل عبر الفضاء. تأتي معظم هذه الجسيمات من مصادر داخل مجرة ​​درب التبانة وتعرف باسم الأشعة الكونية المجرية (GCRs). تنشأ بقية الأشعة الكونية إما من الشمس أو ، بالتأكيد في حالة الجسيمات ذات الطاقات الأعلى ، خارج مجرة ​​درب التبانة.

الوصول إلى الأرض

لا يتم ملاحظة جزيئات الأشعة الكونية مباشرة على سطح الأرض. وذلك لأن الشعاع الكوني "الأساسيات" - أي الجسيمات التي تصل إلى الحافة الخارجية للغلاف الجوي للأرض - تتصادم مع نوى الغلاف الجوي وتؤدي إلى "ثانويات". بعض الأجزاء الثانوية هي أجزاء من النوى المتصادمة ، بما في ذلك النيوترونات ، والبعض الآخر عبارة عن جزيئات قصيرة العمر تم إنشاؤها من طاقة الاصطدامات. النوى الثانوية لها قريباً تصادماتها الخاصة. وهي الثنائيات (النيوترونات والجسيمات قصيرة العمر مثل الميونات) التي تتم ملاحظتها عند مستوى سطح البحر. يجب دراسة الانتخابات التمهيدية إما باستخدام البالونات عالية الارتفاع أو المركبات الفضائية.

من بين GCRs ، تختلف الوفرة النسبية لمختلف النوى والإلكترونات مع الطاقة. فوق حوالي 1 GeV لكل نوكليون (فولت جيجا إلكترون ، أو مليار فولت إلكترون ، لكل نوكليون) ، تبلغ النسب حوالي 85 في المائة بروتونات (نويات ذرات الهيدروجين) ، مع ما يقرب من 13 في المائة تتكون من جسيمات ألفا (نوى الهيليوم). (طاقة 1 GeV تقابل سرعات أكبر من حوالي 87 بالمائة من سرعة الضوء.) 2 بالمائة المتبقية هي إلكترونات ونويات ذرات أثقل. عند طاقات عدة مئات MeV لكل نوكليون (فولت إلكترون ضخم ، أو مليون فولت إلكترون ، لكل نوكليون) ، فإن الأرقام المقابلة هي حوالي 90 و 9 و 1 في المائة.

معظم GCRs المكتشفة بالقرب من الأرض لها طاقات حركية تزيد عن 1 GeV لكل نواة. يبلغ التدفق الثابت لهذه الانتخابات التمهيدية في الطبقة العليا من الغلاف الجوي حوالي 1500 جسيم لكل متر مربع في الثانية. ينخفض ​​عدد الجسيمات بسرعة مع زيادة الطاقة ، ولكن تم الكشف عن الجسيمات الفردية ذات الطاقات العالية عدة مرات 10 ²⁰ eV. (هذه الطاقة تضاهي طاقة البيسبول التي يتم رميها بسرعة 160 كم [100 ميل] في الساعة.)

تتأثر مسارات الانتخابات التمهيدية للأشعة الكونية الأقل طاقة بشدة بالمجال المغناطيسي للأرض. وبالتالي ، عند الطاقات الأقل من 1 GeV لكل نواة ، عند كل خط عرض مغناطيسي جغرافي ، توجد طاقة قطع لا يتم اكتشاف GCRs أدناه. يتأثر تدفق هذه الجسيمات منخفضة الطاقة بالنشاط الشمسي ، ويرتبط مقدار الإشعاع الكوني الذي يصل إلى الأرض عكسًا مع عدد البقع الشمسية خلال الدورة الشمسية لمدة 11 عامًا. يسمى هذا الارتباط العكسي تأثير Forbush ويحدث لأنه في أقصى نشاط شمسي ، يتم تنفيذ حقول مغناطيسية أقوى في الفضاء بين الكواكب بواسطة الرياح الشمسية ، وهذه الحقول تمنع الأشعة الكونية.