Российские ученые обнаружили анизотропию космических лучей сверхвысоких энергий

Космические лучи - это частички материи, к которым относятся стабильные элементарные частицы (фотоны, нейтрино, электроны, протоны) и ядра химических элементов, летящие к нам из космоса с огромной скоростью близкой к скорости света. НИЯУ МИФИ Москва, 6 июн - ИА Neftegaz.RU. Ученые Научно-образовательного центра (НОЦ) НЕВОД НИЯУ МИФИ подвели итог десятилетнего эксперимента по изучению космических лучей сверхвысоких энергий, в результате которого обнаружили анизотропию этих лучей и определили ее амплитуду и направление.
Об этом говорится в сообщении, опубликованном на сайте НИЯУ МИФИ.

Результаты исследования были опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Astrophysical Journal.

Как отметил кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник НОЦ НЕВОД НИЯУ МИФИ М. Амельчаков, космические лучи - это частички материи, к которым относятся стабильные элементарные частицы (фотоны, нейтрино, электроны, протоны) и ядра химических элементов, летящие к нам из космоса с огромной скоростью близкой к скорости света.
При энергиях порядка 1015 эВ траектории заряженных частиц запутываются в магнитных полях нашей Галактики и создаются условия для их диффузии.

Тезисы М. Амельчакова:

• космические лучи ведут себя подобно капле краски, попавшей в стакан с водой:
• частицы убегают из области с большой концентрацией;
• если мы наблюдаем эффект диффузии космических лучей на Земле, то с учетом суточного вращения Земли на однородном фоне потока космических лучей в пространстве, окружающем Землю, с 2^х противоположных сторон будут присутствовать 2 полюса:
• на одном полюсе будет избыток частиц, а на другом их недостаток;
• теория диффузного распространения космических лучей, разработанная советскими учеными, предсказывает, что космические лучи обладают анизотропией (различием частиц с различных направлений);
• эта анизотропия определяется вектором диполя, направленного из центра Галактики.

Ранее ученые выяснили, что поток космических лучей быстро уменьшается с ростом их энергии.
Интенсивность потока при сверхвысоких энергиях снижается настолько, что их регистрация на спутниках (вне атмосферы Земли) и высотных аэростатах становится нерациональной.
Однако, попадая в атмосферу, космические лучи рождают каскады вторичных частиц, включая элементарные частицы мюоны, и эти каскады, развиваясь широким фронтом, движутся к поверхности Земли, сохраняя направление первичной частицы.

Тезисы М. Амельчакова:

• такое явление получило название широкий атмосферный ливень;
• достигая поверхности Земли, широкий атмосферный ливень может накрывать огромные площади, и поэтому исследования космических лучей при энергиях более 1015 эВ осуществляются на наземных установках;
• таких установок создано уже достаточно много в разных местах на земном шаре, и каждая по-своему уникальна;
• использование различных условий и методов регистрации позволяет ученым выявлять неизвестные физические эффекты.

Одна из таких уникальных установок - координатно-трековый детектор ДЕКОР, который был создан в сотрудничестве с итальянскими физиками в Экспериментальном комплексе НЕВОД (НИЯУ МИФИ).
ДЕКОР может регистрировать треки мюонов в широком диапазоне зенитных углов от 0 до 90.
Мюоны обладают хорошей проникающей способностью и с хорошей точностью сохраняют направление движения первичных космических лучей.


Регистрация нескольких треков мюонов в координатно-трековом детекторе ДЕКОР

Исследователи Экспериментального комплекса НЕВОД собирали данные для изучения анизотропии космических лучей на протяжении 10 лет, с 2012 г. по 2022 г.

Тезисы М. Амельчакова:

• мы создали и разработали ряд методов обработки данных для проведения исследования:
• метод учета влияния метеорологических эффектов на интенсивность групп мюонов,
• метод учета конструктивных особенностей детектора и неоднородности эффективности регистрации по разным направлениям,
• метод оценки первичных энергий космических лучей;
• в методе оценки первичной энергии мы впервые использовали кратность зарегистрированных треков мюонов в зависимости от зенитного угла их прилета.

В результате исследователи установили наличие анизотропии космических лучей при энергиях примерно 1015 эВ.
Полученные данные согласуются с результатами исследований на других установках и с теорией диффузного распространения космических лучей в направлении от центра Галактики.