|
|
километровое излучение Земли, магнитосферы планет от Меркурия до Сатурна и т. д.
Совр. космич. техника' позволяет проводить т. н. активные эксперименты в космосе ≈ активно воздействовать на К. п.т в первую очередь околоземную, радиоизлучениями, пучками заряж. частиц, плазменными сгустками и т. и. Эти методы используются для диагностики, моделирования естеств. процессов в реальных условиях, инициирования естеств. явленна (напр., полярных сияний).
Типы К, п. в космологии. По совр. представлениям, Вселенная возникла во время т. н. большого взрыва (big-bang). В период разл╦та вещества (расширяющаяся Вселенная), помимо гравитации, определяющей разл╦т, три остальных типа взаимодействия (сильное, слабое и эл,-магнитное) вносят свой вклад в плазменные явления на разных стадиях разл╦та. При чрезвычайно высоких темн-рах, характерных для ранних
стадии разлета, такие частицы, как, напр., W*- и Z°-бозоны, ответственные за слабые взаимодействия, были безмассовыми, как и фотоны (симметрия эл.-магн. и слабых взаимодействий). Это означает, что слабое взаимодействие являлось дальнодействующим, в к-ром аналогом самосогласованному эл.-магн. полю было самосогласованное Янга ≈ Миллса поле, Т. о., вся лептонная компонента вещества находилась в состоянии плазмы. Учитывая имеющуюся в стандартной модели связь времени разл╦та t и теми-ры термодинамически равновесного вещества Т\ £(с)^1/Г2 (темп-ра в МэВ), можно оценить время, в течение к-рого существовала такая лептонная плазма. При темп-pax Т, приближающихся к энергии покоя Z°-6o30Ha A/^c2» ?в100 ГэВ (соответствующее время г^10~10 с), происходит фазовый переход со спонтанным нарушением симметрии слабых и эл.-магн. взаимодействий, приводящий к появлению масс у W±- и 7°-бозонов, после яего лишь заряженные лептоны взаимодействуют с помощью только одних дальнодействующих сил ≈ электромагнитных.
Адронная (сильно взаимодействующая) компонента вещества при столь высоких темп-pax также находится в своеобразном плазменном состоянии, наз. кварк-глюонной плазмой. Здесь взаимодействие между кварками осуществляется также безмассовыми глюонными полями. При плотностях горячей кварк-глюоныой плазмы {п~Т3} со ср. расстоянием между элементар-
ными частицами <10
-13
см ≈ радиус нуклона
(при этом 7Т>100 МэВ) кварк-глюоннан плазма является идеальной и может быть бесстолкыовительыой. При дальнейшем остывании Вселенной, когда за время г«10~4 с темн-ра надает до 7^100 МэВ (энергии покоя я-мезонов), происходит новый фазовый переход: кварк-глюонная плазма ≈ адронное вещество (характеризующееся короткодействием с радиусом взаимодействия ~10~13 см). Это вещество состоит из стабильных нуклонов и быстро распадающихся адронов. Общее состояние К. п. в последующий затем период определяется заряж. лептонной (в основном элект-ронно-позитронной) компонентой, т. к. во Вселенной сохраняется отношение полного барионного заряда к лептонному и само это отношение весьма мало (^10≥9). В итоге при малых временах (£<1 с) К. п. является ультрарелятивистской и в основном электронно-позкт-рониой. В момент времени t~l с темп-pa электронно-лозитропной плазмы падает до 1 МэВ и ниже, iipii этом начинается интенсивная аннигиляция элект-ронно-позитронных пар, после чего К, п. медленно приближалась к совр. состоянию, мало меняясь по составу элементарных частиц.
Лит.: Пикельнер С. Б., Основы космической электродинамики, 2 изд., М., 196(5; Акасофу С, И., Ч е п-мен С., Солнечно*земная физика, пер. с англ., ч. I≈2, М., 1974≈75; Арцимович Л. А., Саг д ее в Р. 3., Физика плазмы для физиков, М., 1979.
В. Н. Ораезский^ Р. 3. Casdffe.
КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ (КЛ) ~ поток заряж. частиц высокой энергии, преим, протонов, приходящих к Земле приблизительно изотропно со всех направлений космич. пространства. Внутрь Солнечной системы КЛ попадают в основном из межзв╦здного пространства от источников, расположенных в пределах кашей Галактики,≈ галактические КЛ (ГКЛ); самые энергичные частицы имеют, по-видимому, внега-лактич. происхождение ≈ мета галактические КЛ; нек-рая доля КЛ приходит от Солнца после мощных солнечных вспышек ≈ солнечные КЛ (СКЛ), Названные К Л являются первичными. При вхождении в атмосферу Земли, сталкиваясь с ядрами атомов воздуха, они образуют большое количество вторичных частиц (протонов, электронов, мезонов, фотонов и др.) ≈ вторичные КЛ, к-рые затем регистрируются приборами на Земле.
Общая характеристика КЛ. Существование КЛ было установлено в 1912 В. Гессом (V. Hess) по производимой ими ионизации воздуха; возрастание ионизации с высотой доказывало их внеземное происхождение; отклонение КЛ в магн. поле [Р. Миллнкен (R. A. Mil-likan), 1923; Д. В. Скобельцын, 1927; С. Н. Верное, 1935} показало, что первичные КЛ представляют собой поток заряж. частиц.
КЛ напоминают сильно разреженный газ, частицы к-рого практически не сталкиваются друг с другом, но взаимодействуют с веществом и эл.-магц. полями межзв╦здного и межпланетного пространства. Ядра атомов разл. элементов, входящие в сосгав КЛ, полностью лишены электронов и обладают огромными киыстнч. энергиями (вплоть до £к~1020 эВ). Хотя суммарный поток первичных КЛ на границе с атмосферой Земли невелик (~1 частица/см2-с), ср. плотность их энергии (~1 эВ/см3) сравнима со ср. плотностью лучистой энергии звозд в межзв╦здной среде, энергии теплового движения межзв╦здного газа и ки-нетич. энергии его турбулентных движений, а также со ср. плотностью энергии магн. поля Галактики.
Важная особенность КЛ ≈ нетенловое происхождение их энергии. Действительно, при темп-ре 109 К, характерной, по-видимому, для зв╦здных недрт энергия теплового движения частиц не превышает 105 эВ. Осы. же масса частиц КЛ, наблюдаемых у Земли, имеет энергии от 108 эВ и выше. Это означает, что КЛ приобретают энергию в специфич. астрофизич. процессах эл.-магн. и плазменной природы.
Изучение КЛ да╦т ценные сведения об эл.-магн. условиях в разл. областях космич. пространства. Круг вопросов, связанных с изучением происхождения КЛ, их состава, спектра, временных вариаций, их роли в астрофиз. явлениях, составляет к о с м о ф и з н ч е-с к и и аспект КЛ.
С др. стороны, КЛ незаменимы в качестве естести. источника частиц высокой энергии ири изучении элементарной структуры вещества и взаимодействий между элементарными частицами. Исследования такого рода относятся к ядерно-физическому а с п и к-т у КЛ. Именно детальное изучение зарядов и масс вторичных КЛ привело к открытию позитронов (1932), мюонов (1937), я- и К-мезонов (1947), а также Л0-,
2"-гиперонов. Исследования КЛ в ядерно-физ. аспекте продолжаются в основном с целью определения характеристик элементарного акта ядерного взаимодействия при энергиях £к>101а эВ; кроме того, они дают информацию об интенсивности, спектре и анизотропии частиц при £K;slQ15≈1020 эБт что очень важно для поиска источников КЛ и механизмов их ускорения. КЛ еще долго будут оставаться уникальным источником частиц сверхвысоких энергий, т. к. на Самых мощных совр. ускорителях макс, достигнутая энергия пока не превышает 10й зВ,
Методы наблюдения КЛ. Из-за огромного энергетич. диапазона КЛ (10У≈10'^° эВ) методы их регистрации
Ш
U
ш
U
О
471
