Гамма-излучение сверхвысокой энергии - это гамма-излучение с энергией фотонов выше 100 ТэВ (0,1 ПэВ). Они имеют частоту выше 2,42 × 10 28 Гц и длину волны короче 1,24 × 10 -20 м. Существование этих лучей было подтверждено в 2019 году. [1] Самые высокие зарегистрированные гамма-лучи из астрономических источников - это гамма-лучи очень высоких энергий с центром Крабовидной туманности (которая, как считается, содержит быстро вращающуюся нейтронную звезду или пульсар). ') является источником лучей с самой высокой энергией, обнаруженных по состоянию на 2019 год.
Важность
Гамма-лучи сверхвысоких энергий важны, потому что они могут выявить источник космических лучей . Если не учитывать относительно слабое влияние гравитации, они движутся по прямой от источника до наблюдателя. Это не похоже на космические лучи, направление движения которых изменяется магнитными полями. Источники, производящие космические лучи, почти наверняка также будут производить гамма-лучи, поскольку частицы космических лучей взаимодействуют с ядрами или электронами, производя фотоны или нейтральные пионы, которые, в свою очередь, распадаются на фотоны сверхвысокой энергии. [2]
Отношение адронов первичных космических лучей к гамма-квантам также дает ключ к разгадке происхождения космических лучей. Хотя гамма-лучи могут образовываться вблизи источника космических лучей, они могут также создаваться взаимодействием с космическим микроволновым фоном посредством ограничения по Грейзену – Зацепину – Кузьмина выше 50 ЭэВ. [3]
Гамма-лучи сверхвысокой энергии взаимодействуют с магнитными полями, образуя пары позитрон-электрон. Ожидается, что в магнитном поле Земли фотон с энергией 10 21 эВ будет взаимодействовать на высоте около 5000 км над поверхностью Земли. Затем частицы с высокой энергией продолжают производить больше фотонов с более низкой энергией, которые могут постигнуть ту же участь. Этот эффект создает пучок из нескольких гамма-квантов с энергией 10 17 эВ, движущихся в том же направлении, что и исходный фотон сверхвысокой энергии. Ширина этого луча при попадании в атмосферу составляет менее 0,1 м. Эти гамма-лучи имеют слишком низкую энергию, чтобы показать эффект Ландау-Померанчука-Мигдала . Только магнитное поле, перпендикулярное пути фотона, вызывает образование пар, так что фотоны, идущие параллельно линиям геомагнитного поля, могут выжить в целости и сохранности, пока не встретятся с атмосферой. Эти фотоны, проходящие через магнитное окно, могут вызывать ливни Ландау – Померанчука – Мигдала. [3]
Класс | энергия | энергия | энергия | частота | длина волны | сравнение | характеристики |
---|---|---|---|---|---|---|---|
ТэВ | эВ | мкДж | йоттахерц | аттометры | |||
10 −12 | 1 | 1,602 × 10 −13 мкДж | 2,418 × 10 −12 ГГц | 1,2398 × 10 12 утра | ближний инфракрасный фотон | (для сравнения) | |
0,1 ТэВ | 1 × 10 11 | 0,01602 мкДж | 24,2 ГГц | 12 часов дня | Z-бозон | ||
Гамма-лучи очень высоких энергий | |||||||
1 ТэВ | 1 × 10 12 | 0,1602 мкДж | 242 ГГц | 1.2 часа ночи | летающий комар | производит черенковский свет | |
10 ТэВ | 1 × 10 13 | 1,602 мкДж | 2,42 × 10 3 ГГц | 0,12 утра | воздушный поток достигает земли | ||
100 ТэВ | 1 × 10 14 | 16,02 мкДж | 2,42 × 10 4 ГГц | 0,012 утра | мяч для пинг-понга падает с летучей мыши | вызывает флуоресценцию азота | |
Гамма-лучи сверхвысокой энергии | |||||||
1000 ТэВ | 1 × 10 15 | 160,2 мкДж | 2,42 × 10 5 ГГц | 1,2 × 10 −3 утра | |||
10 000 ТэВ | 1 × 10 16 | 1602 мкДж | 2,42 × 10 6 ГГц | 1,2 × 10–4 утра | потенциальная энергия мяча для гольфа на тройнике | ||
100 000 ТэВ | 1 × 10 17 | 1,602 × 10 4 мкДж | 2,42 × 10 7 ГГц | 1,2 × 10–5 утра | |||
1000000 ТэВ | 1 × 10 18 | 1,602 × 10 5 мкДж | 2,42 × 10 8 ГГц | 1,2 × 10–6 утра | |||
10 000 000 ТэВ | 1 × 10 19 | 1,602 × 10 6 мкДж | 2,42 × 10 9 ГГц | 1,2 × 10-7 утра | выстрел из пневматической винтовки | ||
1,220 91 × 10 16 ТэВ | 1,22091 × 10 28 | 1.95611 × 10 9 Дж | 1,855 × 10 19 ГГц | 1,61623 × 10 −17 утра | взрыв автомобильного бака с бензином | максимальная энергия фотона | |
Планковская энергия |
Рекомендации
- ^ Yrika, Боб (26 июня 2019). «Фотоны самой высокой энергии, когда-либо зарегистрированные, исходящие из Крабовидной туманности» . Phys.org . Проверено 20 декабря 2019 года .
- ^ Агаронян, Феликс (24 августа 2010 г.). "Захватывающее небо ТэВ" (PDF) . Двенадцатая встреча Марселя Гроссмана . WSPC - Труды . С. 368–380. Bibcode : 2012mgm..conf..368A . DOI : 10.1142 / 9789814374552_0016 . ISBN 978-981-4374-51-4. Проверено 27 ноября 2011 года .
- ^ а б Ванков, ЛП; Inoue, N .; Шинозаки, К. (2 февраля 2008 г.). «Гамма-лучи сверхвысоких энергий в геомагнитном поле и атмосфере» (PDF) . Проверено 3 декабря 2011 года .