הקרינה הקוסמית - חלקיקים אנרגטיים מהעיקום.

מה הם “חלקיקים אנרגטיים”?

בחיי יום-יום אנו מודדים את אנרגיה ביחידות ג'אול . היחידות המשומשות יותר הן וואט, אשר משמעותן הספק או כמות האנרגיה הנקלטת או מופקת ביחידת זמן. אבל היחידות האלה הן אינן רלוונטיים כאשר מדובר על חלקיקים אלמנטאריים בעלי מסה זעירה, כגון פרוטונים ואלקטרונים.

בפיסיקת חלקיקים אלמנטאריים ובפרט בתחום קרינה הקוסמית את האנרגיה מודדים ביחידות אלקטרון-וולט (eV) . אלקטרון-וולט אחד זה אנרגיה אשר מקבל אלקטרון המואץ במתך חשמלי וולט אחד. למשל: כתוצאה ממעבר של אלקטרון או פרוטון בין שני אלקטרודות הנמצאות בריק אשר מתך בניהם הוא 4.5 וולט הם יקבלו אנרגיה קינטית שארכו 4.5 אלקטרון-וולט.

ארך האנרגיה זו הוא אינו גבוה. אנרגיה ממוצעת של אלקטרונים ופרוטונים בעטרת השמש, אשר טמפרטורה שלה כ- מיליון מעלות, היא בממוצע כ- 100 אלקטרון-וולט. אבל האנרגיה של חלקיקי הקרינה הקוסמית היא הרבה יותר גבוהה. האנרגיה המינימאלית הדרושה כדי שחלקיקי הקרינה הקוסמית החודרים דרך אטמוספרת כד"א יכלו להשיג את פני ו היא כ- 450 מיליון אלקטרון-וולט ( או 450 מגא אלקטרון-וולט ).

הקרינה הקוסמית

הודות למדידות שונות ניתן להעריך את כמות הקרינה הקוסמית הפוגעת בכד"א וגם את ספקטרום אנרגטי שלה. האיור מראה אוסף תצפיות בטווח רחב של אנרגית חלקיקים ( מ- http://astroparticle.uchicago.edu/cosmic_ray_spectrum_picture.htm). ערך הגבוה ביותר של האנרגיה אשר נמדד הוא מעל מיליארד מיליארדים אלקטרון-וולט (1020 eV)! זה ערך האנרגיה של כדור טניס שמואץ עד למהירות 100 קמ"ש, אך במקרה של הקרינה הקוסמית האנרגטית, את כל האנרגיה מרוכזת בחלקיק מאוד זעיר.

• מקורם של החלקיקים האלה הוא שונה: חלקיקים בעלי אנרגיה עד ל- כמה גיגא אלקטרון-וולט (109 eV, abbreviation: GeV=Giga electron Volt) מגיעים מהשמש וממקורות שונים של הגלקסיה שלנו שביל החלב. ספקטרום בטווח האנרגיות האלה הוא עקום מכיוון שכמות החלקיקים אשר נכנסים אל תוך מערכת השמש מבחוץ היא יורדת בגלל השפעתו של השדה המגנטי של השמש.
• שטף רציף של הקרינה הקוסמית מקורו אינו בשמש אלא מקורות אחרים בגלקסיה שלנו או אפילו מעבר לגלקסיה. כניסתם של החלקיקים בעלי אנרגיה מעל ל- 10 גיגא אלקטרון-וולט לא מושפעת בשדה המגנטי של השמש ולכן ספקטרום וטווך האנרגיות האלה הוא כמעט קו ישר בגרף המוצג באיור הזה. היות שגרף מתאר את לוגריתם של שטף החלקיקים כפונקציה של לוגריתם האנרגיה שלהם את הספקטרום ניתן לרשום כפונקציה מעריכית F(E) ~E-p .
• בעקבות בדיקה קפדנית יותר מתגלים חריגות מהפונקציה זו, למשל בתחום האנרגיות כ- 3x1015 eV ( המכונות “ברך” של ספקטרום הקרינה הקוסמית) ובסביבות אנרגיה 1020 eV (“קרסול”) . יכול להיות שהחריגות האלה מצביעות על מקורות שונים של הקרינה הקוסמית. סבורים כי פרוטונים בעלי אנרגיה כ- 1015 eV ויונים בעלי אנרגיה מעל ל- 1018 eV הם מגיעים מחוץ לגלקסיה שלנו.