Os raios cósmicos.

As astropartículas ou raios cósmicos:

O astropartículas historicamente chamados raios cósmicos são partículas subatômicas, e fragmentos de átomos, que vêm de várias fontes localizadas no espaço. Os raios cósmicos se propagam a velocidades relativistas e, portanto, possuem uma enorme energia. A natureza das fontes não é inteiramente clara a esta data e é uma das razões por que se estudam essas partículas;entre as principais fontes conhecidas são buracos negros, supernovas e buracos de supernovas remanescentes, :

  • Pulsares – estrelas de nêutrons – magnetares (Remanescentes de supernovas)
  • Buracos negros
  • Quasar
  • Blazars
  • AGN (Ativo Galaxy Núcleos)

Mesmo o Sol durante as fases de alta atividade pode emitir partículas de alta energia que atingem a Terra. Para diferenciar as partículas solares a partir dos sinais de outros objetos cósmicos da galáxia se utilizam as abreviaturas SCR (raios cósmicos solares) e GCR (raios cósmicos galácticos), respectivamente.

imagem da fantasia de raios cósmicos sobre a cidade de Como

O fenômeno dos raios cósmicos envolve muitas disciplinas científicas, a partir de meteorologia para paleoclimatologia, astronomia, física de partículas e também para a medicina. Para isso centenas de laboratórios e observatórios astronômicos do mundo são usados ​​para o estudo dessas partículas através de detectores e experiências de natureza diferente.

Composição:

As  Astropartículas são divididos em primário e secundário, as primárias são aquelas que viajam a partir das fontes chegar até o nosso planeta, que entrar na atmosfera colidem com as moléculas de ar; As partículas secundárias são aqueles que são gerados pela colisão das primárias com os átomos da atmosfera terrestre. Esta colisão de fato gera um enxame de partículas que se propaga até o solo terrestre. Entre as partículas mais abundantes que chovem para baixo na terra e que, literalmente, passar por todos os dias há múons.

Astroparticle primário:

Os prótons
Neutrinos
Elétrons
Núcleos de vária natureza
Os fótons de alta freqüência (raios gama)

 

Astroparticle secundário:

híperons
Elétrons
Os nêutrons
Os mesões (Pi, K)
Muoni
Neutrinos

 

modelo padrão

Um discurso principal para os neutrinos, uma vez que são, de longe, as mais numerosas,  mas tendo quase nada em massa, não são facilmente identificados. Neutrinos são produzidos pelo sol (de todas as estrelas) durante os fenômenos de fusão nuclear, e a decadência de outras partículas na atmosfera, mas aqueles que esperam  os astrofísicos são aqueles com alta energia produzida durante explosões de supernovas.

Fisiologia:

O que acontece quando um protão (ou núcleo) atinge um átomo na atmosfera é claramente mostrado no diagrama a seguir:

esquema de propagação de raios cósmicos

Como você pode ver a partir de um único próton emerge uma incrível quantidade de partículas como os elétrons e os piões que são  “extintos” em alta altitude, ao contrario  neutrinos e múon  chegam ao chão.

http://www.astroparticelle.it/protone1.swf

Este pequeno vídeo mostra o que acontece quando um protão colide com um átomo na atmosfera.

Talvez nem todos imaginam que em cada instante nosso corpo é atravessado por milhões de partículas subatômicas, para além dos neutrinos que são de longe os mais numerosos, (centenas de milhares de milhões por segundo), existem múons (algumas centenas por hora).

Fluxo:

O que acontece no terreno pelos múons é uma chuva intermitente que está bem representado na seguinte animação:

representação artística de radiação cósmica

Este vídeo fantástico, da Universidade de Chicago mostra uma outra colisão simulada de um próton com energia de 1 TeV:

http://www.astroparticelle.it/protone2.swf

Espectro de energia:

O nível de energia das partículas primárias é mostrada no quadro seguinte:

o espectro dos raios cósmicos primários

O que é o gráfico mostra é que a quantidade das partículas é inversamente proporcional ao nível de energia, de modo que as  partículas extremamente energéticas são menos frequente das partículas de menos energia. Por exemplo, prótons com energias de 10 18 eV tem uma frequência de 1 por quilômetro quadrado por ano, que pode parecer raro, mas calculado a superfície da terra em km e você percebe que, em vez o fluxo desse tipo de energia é bastante constante.

A segunda coisa que emerge a partir da carta é que essas energias elevadas não podem ser alcançadas a partir dos atuais aceleradores de partículas na Terra (veja Tevatron, LHC), e depois no cosmos são aceleradores naturais mais poderosos e esta é uma das principais razões para estudar os astropartículas.

O Muon:

Estudar os múons porque sua presença é uma causa óbvia de partículas mais pesadas do espaço exterior, eles são os únicos que atingem o solo (assim detectável) e também são importantes para a relação que têm com neutrinos.

A μ múon é uma partícula que tem uma carga negativa e spin ½ como o elétron, mas com um peso de cerca de 200 vezes maior, é altamente energético e penetrante, mas sendo com carga interage fracamente e é influenciado por campos elétricos e magnéticos.

Diferença de massa entre múon e próton eletrônica: o esquema enfatiza a diferença de massa como uma “dimensão”, mas na realidade as partículas têm uma real dimensão muito semelhantes entre si, apesar de as massas são muito diferentes.

O múon é uma partícula da segunda geração é tão instável e a decadência típica é um elétron e dois neutrinos, um anti-neutrino do elétron e um neutrino μ, por isso os múons são também importantes para o estudo dos neutrinos.

A vida média de múons é cerca de 2 milionésimos de segundo, mas viajando a velocidades relativistas, o tempo de sua existência se espalha, consequentemente, conseguem atingir o chão antes de decair.

http://www.astroparticelle.it/design/dilatazione-tempo_1024.swf

Esta animação (clique sobre ele várias vezes para iniciá-lo e ver as várias fases) merece uma longa dissertação sobre a relatividade, vou fornecer uma breve explicação:

1) Primeiro clique: o pêndulo é a melhor ferramenta para destacar a passagem do tempo, de acordo com intervalos. Imagina um relógio que tem um intervalo de 2 s (microssegundos)

2) segundo clique: Do ponto de vista da nossa terra quando “vemos” um múon e sabemos que viajam quase à velocidade da luz, podemos calcular que o máximo irá fazer cerca de 600 metros. antes de decair, para que ele pudesse atingir a superfície da Terra.

3) terceiro clique: de facto ocorreriam vários pêndulos (pelo menos cinquenta) para chegar ao chão e gastaria cerca de 100us.

4) O quarto clique: A velocidade do múon é de cerca de c,  ou seja a velocidade da luz, mas a relatividade nos ensina isso para aqueles que se move à velocidade da luz no espaço-tempo é deformado e o tempo fica mais lento (a fórmula de Lorentz no topo dx), em seguida, o intervalo de tempo aumenta.

5) quinto clique: Do ponto de vista dos múons (imaginá-los a bordo de uma nave espacial)  o tempo retarda ou se você quer o espaço é reduzido, (lembre-se que na relatividade o espaço e tempo são uma entidade única); o pêndulo marca a gama de 2 microssegundos e, do ponto de vista dos múons se olhou pela janela veria o pêndulo parado ali ao lado deles, e do nosso ponto de vista, o pêndulo balança cinqüenta vezes antes de chegar os múons ao solo.

Detecção:

Para  detecção das astroparticulas existem numerosos observadores, você pode encontrar links em seções a partir do solo e do espaço, você também pode visitar a página dedicada ao ensino detector múon. Para os amigos das faculdades de física e astrofísica que seguem esse blog,  coloco uma pagina que ensina como se pode construir um um detector de múon simples para fins educacionais.

http://www.astroparticelle.it/muon-detector.asp

A interação com o clima:

 Os raios cósmicos colaboram em ionização molecular e a formação de nuvens, influenciando fortemente o clima do nosso planeta.

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