Astropartikül fiziği - Astroparticle physics

Astroparticle fizik olarak da adlandırılan, parçacık astrofizik , bir dalı olan parçacık fiziği bu çalışmalar, temel astronomik kökenli parçacıklar ve ilişkileri astrofizikteki ve kozmolojiye . Parçacık fiziği, astronomi , astrofizik, detektör fiziği , görelilik , katı hal fiziği ve kozmolojinin kesiştiği noktada ortaya çıkan nispeten yeni bir araştırma alanıdır . Kısmen nötrino salınımının keşfi ile motive edilen alan, 2000'lerin başından beri hem teorik hem de deneysel olarak hızlı bir gelişme gösterdi.

Tarih

Astropartikül fiziği alanı optik astronomiden gelişmiştir. Detektör teknolojisinin büyümesiyle birlikte, mekanik , elektrodinamik , termodinamik , plazma fiziği , nükleer fizik , görelilik ve parçacık fiziği gibi birçok fizik alt konularını içeren daha olgun astrofizik geldi . Parçacık fizikçileri, uzayda bulunanlarla karşılaştırılabilir enerjiye sahip parçacıklar üretmedeki zorluk nedeniyle astrofiziği gerekli buldular. Örneğin, kozmik ışını spektrumu 10 kadar yüksek enerjilere sahip parçacıklar içeren ²⁰ eV bir proton-proton çarpışma, Büyük Hadron Parçacık Hızlandırıcı ~ 10 bir enerji meydana ¹² eV.

Alan adında bir Alman fizikçi 1910, içinde başladık söylenebilir Theodor Wulf ölçülen iyonlaşmayı altındaki ve üstündeki havada, gama radyasyonu bir gösterge, Eyfel Kulesi . En tepede, bu radyasyona sadece karasal kaynaklar atfedilirse beklenenden çok daha fazla iyonlaşma olduğunu buldu.

Avusturyalı fizikçi Victor Francis Hess , iyonlaşmanın bir kısmının gökyüzünden gelen radyasyondan kaynaklandığını varsaydı. Bu hipotezi savunmak için Hess, yüksek irtifalarda çalışabilen cihazlar tasarladı ve 5,3 km yüksekliğe kadar iyonizasyon üzerine gözlemler yaptı. 1911'den 1913'e kadar Hess, iyonlaşma seviyelerini titizlikle ölçmek için on uçuş yaptı. Önceki hesaplamalara göre, radyasyonun tek nedeni karasal kaynaklarsa, 500 m rakımın üzerinde herhangi bir iyonlaşma olmasını beklemiyordu. Bununla birlikte, yaptığı ölçümler, iyonlaşma seviyelerinin başlangıçta irtifa ile azalmasına rağmen, bir noktada keskin bir şekilde yükselmeye başladığını ortaya koydu. Uçuşlarının zirvelerinde, iyonlaşma seviyelerinin yüzeydekinden çok daha yüksek olduğunu gördü. O zaman Hess, "çok yüksek nüfuz gücüne sahip bir radyasyonun atmosferimize yukarıdan girdiği" sonucuna vardı. Dahası, Hess'in uçuşlarından biri Güneş'in neredeyse tamamen tutulması sırasında gerçekleşti. İyonlaşma seviyelerinde bir düşüş gözlemlemediği için Hess, kaynağın uzayda daha uzakta olması gerektiğini düşündü. Bu keşif için Hess, 1936'da Nobel Fizik Ödülü'ne layık görülen kişilerden biriydi. 1925'te Robert Millikan , Hess'in bulgularını doğruladı ve ardından ' kozmik ışınlar ' terimini icat etti .

Astropartikül fiziğinin kökenleri hakkında bilgi sahibi olan birçok fizikçi, Hess tarafından kozmik ışınların bu 'keşfini' alanın başlangıç noktası olarak atfetmeyi tercih ediyor.

Araştırma konuları

Astropartikül fiziği alanının standart bir 'ders kitabı' tanımına karar vermek zor olsa da, alan aktif olarak takip edilen araştırma konuları ile karakterize edilebilir. Astroparticle Physics dergisi , aşağıdaki alanlardaki yeni gelişmelere odaklanan makaleleri kabul eder:

Yüksek enerjili kozmik ışın fiziği ve astrofiziği ;
Parçacık kozmolojisi;
Parçacık astrofiziği;
İlgili astrofizik: Süpernova , Aktif Galaktik Çekirdekler , Kozmik Bolluklar, Karanlık Madde vb .;
Yüksek enerji, VHE ve UHE gama ışını astronomisi;
Yüksek ve düşük enerjili nötrino astronomi;
Yukarıda belirtilen alanlarla ilgili enstrümantasyon ve dedektör geliştirmeleri.

Açık sorular

Alanın geleceği için temel görevlerden biri, kendisini çalışan tanımların ötesinde tamamen tanımlamak ve kendisini astrofizik ve diğer ilgili konulardan açıkça farklılaştırmaktır.

Astropartikül fiziği alanındaki mevcut çözülmemiş problemler arasında karanlık madde ve karanlık enerjinin karakterizasyonu yer almaktadır . 1930'larda Walter Baade ve Fritz Zwicky ile başlayan Samanyolu ve diğer galaksilerdeki yıldızların yörünge hızlarına ilişkin gözlemler ve galaksi kümelerindeki galaksilerin gözlenen hızları, açıklanması gereken görünür maddenin enerji yoğunluğunu çok aşan bir hareket buldu. dinamikleri. Doksanlı yılların başından beri, bazı adayların kayıp karanlık maddenin bir kısmını kısmen açıkladıkları bulundu, ancak tam bir açıklama yapmak için yeterli değiller. Hızlanan bir evrenin bulunması, kayıp karanlık maddenin büyük bir kısmının dinamik bir boşlukta karanlık enerji olarak depolandığını gösteriyor.

Astropartikül fizikçileri için başka bir soru, bugün evrende neden antimaddeden çok daha fazla madde olduğudur. Baryogenez , erken evrende eşit olmayan sayıda baryon ve antibaryon üreten varsayımsal süreçler için kullanılan bir terimdir, bu nedenle evren bugün antimadde değil maddeden yapılmıştır.

Deneysel tesisler

Bu alanın hızlı gelişimi, yeni altyapı türlerinin tasarlanmasına yol açmıştır. Yeraltı laboratuvarlarında veya özel olarak tasarlanmış teleskoplar, antenler ve uydu deneyleri ile astropartikül fizikçileri, nötrinolar, gama ışınları ve kozmik ışınlar dahil olmak üzere çok çeşitli kozmik parçacıkları en yüksek enerjilerde gözlemlemek için yeni algılama yöntemleri kullanır. Ayrıca karanlık madde ve yerçekimi dalgalarını da arıyorlar . Deneysel parçacık fizikçileri, doğada bulunan enerjilerin sadece küçük bir kısmını üretebilen karasal hızlandırıcılarının teknolojisi ile sınırlıdır.

Astropartikül fiziğiyle ilgili tesisler, deneyler ve laboratuvarlar şunları içerir:

IceCube ( Antarktika ). Dünyanın en uzun parçacık dedektörü Aralık 2010'da tamamlandı. Dedektörün amacı, yüksek enerjili nötrinoları araştırmak, karanlık madde aramak, süpernova patlamalarını gözlemlemek ve manyetik tek kutuplar gibi egzotik parçacıkları aramaktır.
ANTARES (teleskop) . ( Toulon , Fransa ). Bir Nötrino dedektörü, Fransa'nın Toulon açıklarında, Akdeniz'in 2,5 km altında. Nötrino akışını güney yarım küre yönünde bulmak ve gözlemlemek için tasarlanmıştır.
XENONnT, yükseltme XENON1T Gran Sasso Ulusal Laboratuvarı'nda bulunan meselesi karanlık doğrudan arama denemedir ve 10 SI kesitli wimps duyarlı olacaktır ^-48 cm ² .
Laboratori Nazionali del Gran Sasso'da kurulan gerçek zamanlı bir dedektör olan BOREXINO , organik bir sıvı sintilatör hedefi ile Güneş'ten gelen nötrinoları tespit etmek için tasarlandı .
Pierre Auger Gözlemevi ( Malargüe , Arjantin ). İki teknik kullanarak yüksek enerjili kozmik ışınları tespit eder ve araştırır. Bunlardan biri, yüzey dedektörü tanklarına yerleştirilen suyla parçacıkların etkileşimlerini incelemektir. Diğer teknik, Dünya atmosferinde yüksek yayılan ultraviyole ışığı gözlemleyerek hava duşlarının gelişimini izlemektir.
CERN Axion Güneş Teleskopu (CERN, İsviçre). Güneş'ten kaynaklanan eksenleri arar.
NESTOR Projesi ( Pylos , Yunanistan ). Uluslararası işbirliğinin hedefi, Yunanistan'ın Pylos kentinin deniz tabanına bir nötrino teleskop yerleştirmektir.
Kamioka Gözlemevi , Japonya'nın Gifu Eyaletindeki Hida şehrinin Kamioka bölümünün yakınında Mozumi Madeninde yeraltında bulunan bir nötrino ve yerçekimi dalgaları laboratuvarıdır.
Laboratori Nazionali del Gran Sasso , düşük gürültülü arka plan ortamı gerektiren deneylere ev sahipliği yapan bir laboratuvardır. İçinde yer alan Gran Sasso dağ kenarında, L'Aquila (İtalya). Deney salonları, deneyleri kozmik ışınlardan koruyan 1400 metrelik kaya ile kaplıdır.
SNOLAB
Aspera Avrupa Astropartikül ağı Temmuz 2006'da başlamıştır ve Astropartikül Fiziği alanındaki ulusal araştırma çabalarını koordine etmek ve finanse etmekten sorumludur.
Teleskop Dizisi Projesi ( Delta, Utah ) Utah'ın batısındaki çölde bir yer dizisi ve floresan teknikleri kullanarak ultra yüksek enerjili kozmik ışınların (UHECR'ler) saptanması için bir deney.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Perkins, DH (2009). Parçacık Astrofizik (2. baskı). Oxford University Press . ISBN 978-0-19-954546-9 .

Languages

In other projects