Гамма-излучение сверхвысокой энергии - Ultra-high-energy gamma ray

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. В пресс-релизе от 18 мая 2021 года Китайская обсерватория больших высотных воздушных потоков (LHAASO) сообщила об обнаружении дюжины гамма-лучей сверхвысокой энергии с энергией, превышающей 1 петаэлектрон-вольт. (квадриллион электрон-вольт или ПэВ), включая один на 1,4 ПэВ, фотон с самой высокой энергией из когда-либо наблюдавшихся. Авторы доклада назвали источники этих гамма-квантов ПэВатронами.

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.

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 предельного отсечения Грейзена – Зацепина – Кузьмина выше 50 ЭэВ.

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 составляет менее 0,1 м, когда он попадает в атмосферу. 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.

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
Планковская энергия

использованная литература

внешние ссылки