Има проблем, който съществува от години, свързан с космическите лъчи, "радиацията" от космоса, която всъщност не е радиация, но се състои от частици с много енергия и която идва от много екстремни обекти, като свръхнови и черни дупки.
Проблемът е, че когато частиците достигнат Земята, те се сблъскват с частиците в атмосферата и тогава се получава "каскада" или водопад от нови частици, които пристигат на повърхността на Земята и могат да бъдат открити там.
Сред тези "вторични" частици, както ги наричат, има твърде много мюони, по-тежките варианти на електроните (и двата вида частици са от групата на лептоните).
И това "твърде много" се сравнява с теоретичните прогнози, базирани на модели. Наблюденията показват, че един мюон пристига на земята на минута на всеки квадратен сантиметър от Земята и средната му енергия е 4 GeV. (1 GeV (гигаелектронволт) единица енергия, равна на един милиард пъти енергията, която един електрон получава чрез падане през електрическа потенциална разлика от един волт.)
Прогнозите, базирани на наблюдения на мюони в Големия адронен колайдер и суперпротонния синхротрон в ЦЕРН близо до Женева, показват, че мюони с над милиард пъти повече енергия - между 6 и 16 екзаелектронволта (6×109 GeV до 16×109 GeV или 1 до 2,5 джаула) - са 30 до 60% по-чести.
Тези входящи космически лъчи могат да имат енергия толкова висока, колкото частицата Oh-My-God, наблюдавана през 1991 г., която има енергия от 320 exa-eV. Това е 25 милиона пъти повече от най-високите енергии на ускорителя, създадени на Земята, 13 TeV в ЦЕРН.
Сега се смята, че причината за разликата между теорията и наблюдението се крие в първия сблъсък, на който космическите лъчи са подложени в горните слоеве на атмосферата с частици като азот, кислород и аргон. Тези елементи имат атомни ядра, съдържащи протони, неутрони и глуони. И именно последната категория предлага решението.
Знае се, че ускорените електрически заряди излъчват QED радиация (фотони) и те ще допринесат за адронните каскади от първоначалния сблъсък на космически лъчи. Също така, ускорените цветни кварки (и самите глуони) излъчват QCD радиация (глуони). За разлика от незаредените фотони обаче, глуоните имат собствен заряд и следователно излъчват допълнителна радиация, което води до много по-силни потоци от частици.
Глуоновите разпределения в адроните могат да образуват "глуонови кондензати". Такива високоенергийни състояния се състоят от голям брой глуони на определено енергийно ниво, които могат да генерират редица съставни кварки на адроните, правейки адронните каскади по-ефективни и увеличавайки броя на пионите и странните кварки, които изграждат каоните.
В случая почти цялата налична енергия на сблъсъка се използва за производството на тези пиони и каони и впоследствие за производството на крайния мюон, който залива повърхността на земята.
Изследователите са използвали модела на глуонна кондензация, описан от QCD, за да анализират първоначалния сблъсък на каскадите в опит да разрешат проблема с мюонния излишък.
Те откриват, че временните кварк-глуонни плазми могат да се образуват от високите енергии на сблъсък на глуоните; по-специално, техният теоретичен анализ установява, че появата на кварк-глуонна плазма води до увеличен брой странни кварки и странни антикварки.
"Появата на глуонния кондензат изисква по-висока енергия на сблъсък", пишат те, "и ние откриваме, че това води до повече производство на странни кварки (антикварки), отколкото в условията на кварк-глуонна плазма."
След сложно изчисление екипът установява, че производството на странни кваркови двойки е от два до 10 пъти по-голямо - в зависимост от енергията - когато се започне със състояние на глуонен кондензат, отколкото ако се започне със състояние на кварк-глуонна плазма.
"При експерименти с високоенергийни сблъсъци , съществуващите изследвания предполагат, че може да възникне QGP [кварк-глуонна плазма], но разглеждането само на конвенционалния QGP ефект не може да реши проблема с мюонния излишък във въздушния поток. Ние считаме, че GC [глюонов кондензат] може да възникне при изключително високоенергийни сблъсъци", заключават авторите.
Справка: Bingyang Liu et al, Explaining Muon Excess in Cosmic Rays Using the Gluon Condensation Model, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad6b9a
Източник: Researchers find a possible solution to the cosmic ray muon puzzle, David Appell, Phys.org
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари