¿Cuál es la importancia de que los científicos chinos descubran los rayos gamma cósmicos de mayor energía hasta la fecha?
Las observaciones astronómicas con rayos gamma han entrado en la banda de energía superior a 100 TeV, lo que es de gran importancia para explorar los procesos físicos y las leyes de los cuerpos celestes.
¿Qué son entonces los rayos cósmicos de alta energía? ¿Cómo se producen los rayos gamma de alta energía? ¿Cómo lo observaron los científicos? ¿Por qué atrae tanta atención el descubrimiento de los rayos gamma cósmicos de alta energía?
Los rayos cósmicos son partículas de alta energía procedentes del espacio exterior y sus componentes son complejos. Aproximadamente el 89% de los rayos cósmicos son protones puros, el 10% son núcleos de helio (partículas alfa) y el 1% son elementos pesados. Los rayos gamma son un tipo de rayo cósmico, pero constituyen sólo una pequeña fracción de ellos. Los rayos cósmicos se pueden dividir en dos categorías: rayos cósmicos primarios y rayos cósmicos derivados. Los rayos cósmicos primarios son corrientes de partículas generadas por fuentes de rayos cósmicos y luego escapan con éxito al espacio sin interactuar con la materia interestelar. Los rayos cósmicos derivados se refieren a diversas partículas producidas por la interacción entre los rayos cósmicos primarios y la materia interestelar.
Los rayos cósmicos están en casi todas partes, y los principales factores que afectan la dosis de rayos cósmicos son la altitud, la latitud, el blindaje y otros factores. Cuanto mayor es la altitud y mayor la latitud, más fuerte es la radiación. El descubrimiento de los rayos cósmicos se remonta a más de cien años. En 1912, el físico austriaco Vector Hess descubrió por primera vez los rayos cósmicos durante un experimento con un globo aerostático a gran altitud. Desde su descubrimiento, la gente ha estudiado la composición, distribución de energía y otras propiedades de los rayos cósmicos, así como sus cambios con el espacio y el tiempo. Los rayos cósmicos se han convertido en una disciplina independiente. Pero ¿dónde se producen los rayos cósmicos? ¿Qué lo acelera a energías tan altas? Éstas siguen siendo cuestiones centrales en la física de los rayos cósmicos.
Rayos gamma cósmicos de alta energía que han viajado miles de kilómetros para llegar a la Tierra
Debes haber oído hablar de los aceleradores de partículas. Un acelerador es un dispositivo científico que puede aumentar la energía de las partículas. partículas cargadas. Actualmente, el acelerador de partículas más grande del mundo es el Gran Colisionador Europeo de Hadrones, situado cerca de Ginebra. Este dispositivo puede acelerar protones hasta 6,5 TeV (billones de electronvoltios). Debes saber que la energía de la luz visible es de sólo unos pocos electronvoltios. La energía de los fotones gamma detectada por la plataforma experimental ASgamma en Yangbajing, Tíbet, esta vez es superior a 100 TeV. Los aceleradores cósmicos superan con creces a las máquinas más avanzadas de la humanidad.
Los rayos gamma de alta energía detectados en Yangpajing, en el Tíbet, proceden de la Nebulosa del Cangrejo. La Nebulosa del Cangrejo se encuentra en la constelación de Tauro, a unos 6.500 años luz de la Tierra. Es el remanente de una brillante explosión de supernova en el año 1054 d.C. En la Nebulosa del Cangrejo, la explosión inicial prepara el escenario para la aceleración. Los investigadores creen que los púlsares que giran a alta velocidad en la Nebulosa del Cangrejo pueden producir electrones de energía ultra alta (la energía proviene del campo magnético). La "dispersión Compton inversa" con la radiación cósmica de fondo de microondas circundante producirá alta energía. electrones de más de 100 TeV. Los rayos gamma se emiten hacia el exterior y finalmente llegan a la Tierra y son detectados por detectores. Se puede inferir que la Nebulosa del Cangrejo es "un acelerador natural de partículas de alta energía en la Vía Láctea".
Cómo "ver" los rayos gamma cósmicos
Los rayos gamma no se pueden observar sólo a simple vista. Entonces, ¿cómo podemos "verlos"? La respuesta es que debes usar un detector. Después de que los rayos cósmicos primarios de alta energía ingresen a la atmósfera terrestre, interactuarán con el medio en la atmósfera (principalmente núcleos de oxígeno y núcleos de nitrógeno) a una altitud de 10 a 15 kilómetros para producir partículas secundarias. Las partículas secundarias continuarán reaccionando. producir más partículas, esta es la "lluvia atmosférica extensa". Basándose en extensas lluvias atmosféricas, se ha desarrollado una tecnología de detección de matriz terrestre.
El conjunto experimental Tibet Yangbajing ASgamma se divide principalmente en dos partes, sobre el suelo y bajo tierra. La matriz de detección de superficie sobre el suelo utiliza cerca de 600 detectores de centelleo, distribuidos en un área de 65.000 metros cuadrados (aproximadamente el área de 150 canchas de baloncesto), mientras que la parte subterránea es el Muon Water Cerenko con un área efectiva de; 4.200 metros cuadrados detector de marido. La ventaja de la matriz de detección de superficie es que tiene un gran campo de visión y puede realizar observaciones en cualquier clima y en grandes áreas del cielo.
Puede registrar la información temporal de las partículas secundarias que llegan al detector, la distribución de densidad de las partículas y la carga de las partículas, etc., reconstruyendo así la dirección, la energía y la composición de los rayos cósmicos primarios.
Entre los rayos cósmicos, los rayos gamma representan una proporción muy pequeña. Otras partículas también producirán partículas secundarias cuando reaccionen con el medio de la atmósfera. El detector Cherenkov de agua de muones subterráneo está diseñado para eliminar estas interferencias. El detector Cherenkov de agua de muones subterráneo utilizado en la plataforma experimental Yangbajing puede eliminar el 99,92% de las interferencias. También es la existencia del detector Cherenkov de agua de muones subterráneo lo que convierte a la plataforma experimental ASgamma en Yangbajing, Tíbet, en el observatorio de rayos gamma más sensible del mundo en la región de energía por encima de 100 TeV, y "ve" con éxito rayos gamma de 100 TeV.