Войти
Физика астрономических частиц, также называемая астрофизика частиц, является ветвью из физики элементарных частиц, изучающей элементарные частицы астрономического происхождения и их связь с астрофизикой и космологией. Это относительно новая область исследований, возникшая на стыке физики элементарных частиц, астрономии, астрофизики, физики детекторов, теории относительности, физики твердого тела и космология. Частично мотивированная открытием осцилляции нейтрино, эта область бурно развивалась, как теоретически, так и экспериментально, с начала 2000-х.
Область физики астрономических частиц возникла из оптической астрономии. С развитием детекторных технологий пришла более зрелая астрофизика, которая включала в себя несколько физических подразделов, таких как механика, электродинамика, термодинамика, физика плазмы, ядерная физика, теория относительности и физика элементарных частиц. Физики элементарных частиц сочли астрофизику необходимой из-за трудности получения частиц с энергией, сравнимой с теми, которые обнаруживаются в космосе. Например, спектр космических лучей содержит частицы с энергией до 10 эВ, где протон-протонное столкновение на Большом адронном коллайдере происходит при энергии ~ 10 эВ.
Можно сказать, что эта область началась в 1910 году, когда немецкий физик по имени Теодор Вульф измерил ионизацию в воздухе, индикатор гамма-излучения, на низ и верх Эйфелевой башни. Он обнаружил, что ионизация наверху была намного больше, чем ожидалось, если бы это излучение было связано только с земными источниками.
Австрийский физик Виктор Франсис Гесс предположил, что некоторая часть ионизации была вызвано радиацией с неба. Чтобы защитить эту гипотезу, Гесс разработал инструменты, способные работать на больших высотах, и выполнил наблюдения ионизации на высоте до 5,3 км. С 1911 по 1913 год Гесс совершил десять полетов, чтобы тщательно измерить уровни ионизации. Согласно предварительным расчетам, он не ожидал, что на высоте более 500 м будет какая-либо ионизация, если только земные источники являются единственной причиной излучения. Однако его измерения показали, что, хотя уровни ионизации сначала уменьшались с высотой, в какой-то момент они начали резко возрастать. На пике своих полетов он обнаружил, что уровни ионизации были намного выше, чем на поверхности. Затем Гесс пришел к выводу, что «излучение очень высокой проникающей способности проникает в нашу атмосферу сверху». Более того, один из полетов Гесса был во время почти полного затмения Солнца. Поскольку он не наблюдал падения уровней ионизации, Гесс решил, что источник должен находиться подальше в космосе. За это открытие Гесс был одним из тех, кто получил Нобелевскую премию по физике в 1936 году. В 1925 году Роберт Милликен подтвердил открытия Гесса и впоследствии ввел термин «космические лучи. '.
Многие физики, осведомленные о происхождении области физики астрономических частиц, предпочитают считать это «открытие» Гессом космических лучей отправной точкой для этой области.
Хотя может быть трудно принять решение о стандартном «учебном» описании области физики астрономических частиц, эту область можно охарактеризовать по темам исследований, которые активно разрабатываются. Журнал Astroparticle Physics принимает статьи, посвященные новым разработкам в следующих областях:
Одной из главных задач для будущего этой области является просто полностью определить себя за пределами рабочих определений и четко отделить себя от астрофизики и других связанных тем.
Текущие нерешенные проблемы для области физики астрономических частиц включают характеристику темной материи и темной энергии. Наблюдения орбитальных скоростей звезд в Млечном Пути и других галактиках, начиная с Уолтера Бааде и Фрица Цвикки в 1930-х годах, а также наблюдаемых скоростей галактик в галактические скопления обнаружили движение, намного превышающее плотность энергии видимого вещества, необходимую для объяснения их динамики. С начала девяностых годов были найдены некоторые кандидаты для частичного объяснения некоторой отсутствующей темной материи, но их далеко не достаточно, чтобы предложить полное объяснение. Открытие ускоряющейся Вселенной предполагает, что большая часть отсутствующей темной материи хранится в виде темной энергии в динамическом вакууме.
Еще один вопрос для физиков-астрономов: почему во Вселенной гораздо больше материи, чем антивещества. Cегодня. Бариогенез - это термин, обозначающий гипотетические процессы, которые привели к неравному количеству барионов и антибарионов в ранней Вселенной, поэтому сегодня Вселенная состоит из материи, а не из антивещества.
Быстрое развитие этой области привело к проектированию новых типов инфраструктуры. В подземных лабораториях или с помощью специально разработанных телескопов, антенн и спутниковых экспериментов физики-астрономы используют новые методы обнаружения для наблюдения за широким спектром космических частиц, включая нейтрино, гамма-лучи и космические лучи самых высоких энергий. Они также ищут темную материю и гравитационные волны. Физики-экспериментаторы ограничены технологией своих наземных ускорителей, которые способны производить лишь небольшую часть энергии, обнаруживаемой в природе.
Оборудование, эксперименты и лаборатории, связанные с физикой астрономических частиц, включают:
 | На Викискладе есть материалы, связанные с физикой астрономических частиц. |
