Essayer de maîtriser les rayons cosmiques

1990/09/01 Legorreta Izkara, Jose Antonio Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astrofisika

XX. Au début du XXe siècle, les scientifiques ont annoncé qu'il y avait un rayonnement plus fort que ce qui avait été détecté jusque-là. Les physiciens, en général, ont conclu le nouveau rayonnement produit par des substances radioactives de la surface terrestre. Dans le but de ne pas être totalement d'accord avec Victor Franz Hess et de connaître l'origine du rayonnement, en 1910, il a mis son appareil dans un ballon et s'est élevé le long de l'atmosphère jusqu'à 6000 m, en observant que comme l'intensité du nouveau rayonnement monte plus haut, il a augmenté. Après plusieurs tentatives, il a conclu que le rayonnement n'était pas l'origine de la surface terrestre et a suggéré que la Terre venait de l'espace extérieur.

V.F. Au cours des prochaines années Les résultats de Hess ont été confirmés, démontrant que c'était un rayonnement provenant de l'univers non terrestre. Pour tout cela, Robert A. En 1925 Millikan a appelé ce rayonnement cosmique inconnu comme rayon ou rayonnement cosmique.

Par la suite, il se posa de connaître la nature des rayons cosmiques. Mais dans cette tâche, les physiciens ont rencontré deux problèmes, entre autres. D'une part, lorsque les rayons cosmiques atteignent le sol, ils heurtent les noyaux et les molécules de l'atmosphère et forment plus de particules. Certaines d'entre elles, alors qu'elles descendent vers la surface de la Terre, se désintègrent et d'autres, au contraire, souffrent davantage de chocs provoquant plus de types de particules.

Par conséquent, des collisions et des produits de désintégration (rayonnement secondaire) et non-rayonnement cosmique originel (rayonnement primaire) seraient détectés sur la surface terrestre. Par conséquent, si vous souhaitez effectuer une observation directe, vous devez envoyer des ballons, des fusées ou des satellites artificiels dans la haute atmosphère ou installer des laboratoires sur les sommets des montagnes. Pour cela, la vérité est que, en 1910, Victor Hess ne possédait pas la bonne technologie et il a fallu plusieurs années pour que les physiciens, par la bonne technologie, puissent déterminer la nature du rayonnement cosmique.

D'autre part, les physiciens ont rencontré un autre problème : la faible intensité du rayonnement cosmique et le besoin de bons détecteurs pour obtenir des informations. Rappelons que les détecteurs utilisés aujourd'hui, comme nous le verrons ci-dessous, sont dispersés par un cercle de plusieurs mètres de surface terrestre.

Les scientifiques ont donc utilisé des méthodes indirectes. Sur la surface de la Terre et sur les sommets des montagnes, des outils ont été installés pour détecter les produits secondaires et analyser leur nature (énergie, masse, vitesse, quantité, ...), pouvant connaître les résultats obtenus les caractéristiques du rayonnement primaire. Les météorites ont également obtenu beaucoup d'informations.

Lorsque les météorites se déplacent dans l'espace, ils subissent l'influence des rayons cosmiques. Certaines particules produisent des effets radioactifs et d'autres produisent des processus d'ionisation. Les méthodes chimiques analysent ces effets et vous obtenez des informations sur les rayons cosmiques.

Ainsi, deux théories ont été publiées. Robert A. Pour Millikan, le rayonnement cosmique était composé de photons de plus grande énergie que tous les photons détectés jusqu'alors. Mais il ne pouvait pas le prouver. Pour sa part, Holly A. Le physicien américain Compton considère que les rayons cosmiques étaient des particules chargées et constate que l'intensité augmentait en fonction de la latitude à partir des essais effectués sur les différents côtés de la Terre, c'est-à-dire que dans l'équateur il était plus faible que dans les pôles, comme on pouvait s'attendre à ce que les particules chargées.

En 1935, Bruno Rossi, basé sur les déviations subies par les rayons cosmiques sous l'influence du champ magnétique terrestre, a démontré que les rayons cosmiques étaient constitués de particules chargées positivement. Dans tous les cas, les physiciens voulaient savoir quel type de rayonnement cosmique formaient les particules et, comme on l'a dit, à la fin des années 30, quand on a obtenu le bon appareil, ils sont arrivés à 21 km de hauteur, laissant 97% de l'atmosphère derrière. Ces recherches ont permis de connaître la composition des rayons cosmiques: 77% des radiations primaires étaient constituées de protons et le reste était formé par les noyaux des éléments de l'hélium à l'uranium (plus les noyaux sont lourds), les électrons, les rayons gamma et les neutrinos. Ils se déplaçaient à la vitesse de la lumière et avaient une énergie énorme, entre 10 5 et 10 10 eV.

Par la suite, la création et le développement de rayonnement secondaire ont été étudiés à travers l'atmosphère. Lorsqu'un noyau de rayonnement cosmique primaire heurte un noyau d'oxygène et d'azote atmosphérique à une hauteur de 20 km, un nombre de particules appelées pions, rayons gamma et fragments nucléaires se produit. Le nombre de pions générés et celui des parties du noyau dépendent de l'énergie du rayonnement primaire, c'est-à-dire de plus en plus d'énergie des rayons cosmiques primaires, plus de pions et plus de parties du noyau. Ces morceaux de noyau et de pions (rayonnement secondaire) subissent plus de chocs contre les noyaux atmosphériques, provoquant plus de noyaux et plus de pions (rayonnement tertiaire).

Ceux-ci souffriront plus de collisions et un saut de particules se produira à la suite de ce processus multiplicateur. Si l'énergie des rayons cosmiques est élevée, ce saut de particules aura beaucoup de particules et sa largeur sera de plusieurs kilomètres. Trois types de pions: + , - et 0 Le plus instable est le pion neutre et se désintègre rapidement formant des photons de grande énergie. En raison de son énorme énergie produisent des paires d'électrons positrons. Au contraire, les pions positifs et négatifs adoptent un comportement différent en fonction de l'énergie qu'ils contiennent.

Si elles sont d'énergie modérée, après avoir parcouru plusieurs mètres, elles se désintègrent en formant des muons et des neutrinos. Au contraire, ceux de grande énergie interagissent avec un noyau après avoir parcouru autant ou moins cet autre, générant plus de pions et humiliant le noyau. Par conséquent, nous ne nous attendons pas à ce que l'un des pions générés lors du saut de particules soit détecté à la surface de la Terre.

Les muons n'interagissent pas avec la matière et même s'ils sont instables ils ne se désintègrent pas en raison de leur énorme vitesse et atteignent le niveau de la mer. De plus, les massifs les plus énergétiques ont été détectés dans des mines profondes. Par conséquent, le rayonnement cosmique sur la surface terrestre est formé par des produits de désintégration tels que muons, électrons, neutrinos et rayons gamma.

Mais d'où viennent les rayons cosmiques et comment ont-ils autant d'énergie ? Autour de 1935 a été choqué par les rayons cosmiques et plusieurs chercheurs ont participé à cette tâche.

En 1938, le physicien français Pierre Auger et ses chercheurs ont analysé la nature du rayonnement secondaire qui a atteint la surface terrestre par des détecteurs Geiger et détecté des rayons cosmiques de 10 15 eV d'énergie. Ils ont même suggéré que certaines particules qui font partie des rayons cosmiques auraient plus d'énergie. Robert W de l'Institut technologique du Massachusetts en 1948. Williams a fait un grand pas dans la recherche sur les rayons cosmiques en utilisant de meilleurs détecteurs et a révélé qu'il a trouvé 10 16 eV d'énergie.

Avec le thème de l'énergie des rayons cosmiques, ils ont commencé à travailler autour des sources. R.D. 1949 Richtmeyer et Edwa-rd Teller ont proposé qu'ils provenaient du soleil et que l'énergie moyenne était de 3.10 4 eV, bien que selon l'intensité et la force de l'éruption pourrait atteindre 10 9 eV. Cependant, lorsque 10 16 eV ont été détectés, la théorie de Richtmeyer et Teller a chancelé. Par conséquent, il a été conclu que certaines étoiles étaient plus abondantes que le soleil en termes de production de particules de rayons cosmiques. Par exemple, novas et supernovas.

Selon la théorie des novas et des supernovas, quelques étoiles massives explosent et jettent la majeure partie de leur masse dans l'espace avec une vitesse et une énergie incroyables. Cependant, cela ne résout pas le problème énergétique des rayons cosmiques. Si le soleil est capable de produire des particules d'énergie de 10 9 eV, il n'est pas surprenant qu'une supernova ou un roman soient capables de produire des particules de plus grande énergie, mais pas de 10 16 eV.

Enrico Fermi en 1951 a une autre idée, en 1933 H. Semblable à ce que fit Swarma, il proposa. Selon lui, toutes les particules n'avaient pas d'énergie aussi grande dans leur formation et rien d'autre n'accélérait les champs magnétiques de la Galaxie, augmentant ainsi leur énergie initiale. Selon leurs calculs, si dans le cas de notre galaxie il y avait 10 17 eV d'énergie, ils auraient assez d'énergie pour quitter la zone.

Pendant ce temps, quand en 1957 Pietro Bassi et Bruno Rossi ont détecté 5.10 18 eV, on a pensé que ce serait une autre source qui produisait un rayonnement cosmique plus énergétique dans l'univers. En d'autres termes, si notre galaxie était la seule source de rayons cosmiques, on ne pouvait pas s'attendre à une énergie supérieure à 10 17 eV. Cependant, dans certains cas, des énergies supérieures ont été détectées, avec un minimum de 10 à 19 eV. La seule hypothèse qui peut être faite est que ces particules avec une énergie énorme se produisent dans ceux qui ont un champ magnétique plus grand que celui de notre galaxie. Ces galaxies explosent, s'effondrent ou, normalement, subissent des changements beaucoup plus catastrophiques que les supernovas classiques, qui libèrent des quantités énormes d'énergie et des vagues de véritables rayons cosmiques dans une région de milliards d'eV.

Ces particules superénergétiques, lancées depuis leur mère galaxie, traversent l'espace interstellaire sans heurter un morceau de materi, traversent par hasard notre galaxie et attaquent notre planète.

Dans les années 60, le producteur de rayons cosmiques de grande énergie a été découvert lorsque les pulsations ont été découvertes. Les pulsars sont des étoiles à neutrons qui tournent très vite et ont une grande énergie de rotation, de sorte que leur champ magnétique est très puissant, c'est-à-dire 10 12 gauss. D. Kulsrud, F. Gunn et W. Selon les calculs réalisés par Ostriker, les particules cosmiques situées autour du réseau d'impulsions peuvent être accélérées jusqu'à 10 19 eV d'énergie.

En 1962, il a détecté 10 20 eV et est actuellement considéré comme plus énergique. Selon les experts, le rayonnement cosmique inférieur à 10 16 eV a été produit par des sources situées dans notre galaxie (novas, supernovas et pulsars), tandis que celles de plus grande énergie proviennent de radiographies, de cuasars ou d'étoiles magnétiques, dans lesquelles se produisent des phénomènes plus violents.

Les chercheurs n'ont pas cédé et sont actuellement en train de concevoir beaucoup de tentatives pour combattre le problème des particules cosmiques. Selon des chercheurs des Universités de l'Utah, du Michigan et de Chicago travaillant au centre militaire de Dugway aux États-Unis, le meilleur observatoire des rayons cosmiques du monde est local, car ses outils permettent de détecter des rayons cosmiques énergétiques de 10 20 eV. Chaque détecteur aura 67 miroirs et 880 photo-visibles et pourra détecter le rayon cosmique qui peut provenir de n'importe quelle direction.

Chaque miroir recueillera et transformera en impulsion électrique la faible lumière résultant des chocs entre les noyaux atmosphériques et les particules cosmiques. Selon l'intensité des impulsions électriques, un ordinateur formera un saut de particules, pouvant connaître la direction d'entrée dans l'atmosphère des rayons cosmiques primaires. Au total, ils emploieront 36 détecteurs répartis dans un cercle de 100 m de diamètre.

D'autre part, les chercheurs de l'Université du Michigan placeront dans le sous-sol un autre paquet de détecteurs pour détecter les muons énergétiques. Selon Jim Cronin, directeur de ce projet, depuis les années 60 il n'y a pas eu une grande attraction dans la recherche des rayons cosmiques, à l'exception de certaines séances individuelles, et il est temps de faire une enquête sérieuse appropriée. Selon Jim Croni, les résultats obtenus à l'observatoire de Dugway seront obtenus de solides fondements scientifiques sur les rayons cosmiques. Ainsi soit-il.