28.10.2020

Машинное обучение помогает исследовать космические лучи
Машинное обучение помогает исследовать космические лучи сверхвысоких энергий
Земля постоянно бомбардируется космическими лучами. Космонавты на орбите испытывают их воздействие, получая очень высокую дозу радиации. Впоследствии это наряду с расслаблением мышц из-за отсутствия силы тяжести приводит к разнообразным заболеваниям. Но нас на Земле от воздействия космических частиц защищает атмосфера.

Когда космические лучи сверхвысоких энергий сталкиваются с атмосферой, влетевший в нее протон разбивает вдребезги частицы атмосферного азота, что запускает так называемый широкий атмосферный ливень элементарных частиц, и вся эта каша летит на Землю. Протон, теряя около 30% энергии, рождает пи-мезоны, другие заряженные и нейтральные частицы. Идет цикл столкновений и распадов. Количество частиц растет, а первоначальная энергия рассеивается. До Земли долетает около 10^10 частиц, а поперечный размер ливня достигает нескольких километров.

Как регистрируют ШАЛы

Впервые ШАЛы наблюдал Дмитрий Скобельцын в конце 1920-х годов. С тех пор их изучение существенно продвинулось. Для изучения космических лучей сейчас используется не только и не столько оборудование на орбите Земли, но и детекторы на Земле. По тому, в каком виде и откуда приходят на землю ШАЛы частиц, мы можем изучить, откуда к нам пришли космические лучи сверхвысоких энергий и что их породило. А приходят они, как правило, извне нашей галактики.

Для детектирования широких атмосферных ливней ученые-физики строят установки гигантских размеров на Земле. Так, в проекте Telescope Array в США в пустыне в штате Юта для детектирования используются больше 500 установок с сцинтилляторами (слои чувствительного вещества), автономно управляемых вычислительными блоками, работающими от энергии солнечных батарей, и снабженных GPS для точной фиксации времени события, по одной установке на каждый квадратный километр. Когда установка регистрирует событие (попадание ШАЛ на нее), компьютер автоматически записывает, что происходит дальше. Все данные автоматически отправляются на сервер и дальше по тому, какой детектор зарегистрировал частицы на момент раньше других, ученые определяют угол наклона ШАЛ, откуда к нам пришли частицы. С помощью трех мощных телескопов, расположенных в той же местности, ученые регистрируют свечение, которое оставляет ШАЛ. И сопоставляя данные с детекторов и телескопов, ученые делают выводы о том, откуда в атмосферу пришла изначальная высокоэнергетическая частица и какие у нее были заряд и свойства.

Второй метод детектирования ШАЛ — это наблюдение в телескоп свечения в ультрафиолетовом диапазоне. После прохождения ливня молекулы азота оставляют свечение. И в безлунную ночь можно наблюдать это свечение. В Юте установлены три таких телескопа. Они работают только в безлунные и безоблачные ночи, потому что должен быть очень низкий фон свечения. Телескопы покрывают довольно большой угол небосвода. Большие площади плоскогорья в Юте идеально подходят для эксперимента из-за низкого техногенного фона, сравнительно большого количества безоблачных дней и развитой инфраструктуры, поэтому Telescope Array установлен именно там. Наземные детекторы дают в десять раз больше статистики, чем телескопы. Поэтому ученые пока сфокусировались на наземных детекторах, а телескопы использовали для проверки своих предположений.

Прочитать полностью можно на сайте: https://www.kommersant.ru/

Год науки и технологий Антитеррористическая комиссия в Республике Татарстан Культурное наследие Татарстана Центр перспективных экономических исследований Академии Наук РТ 50 лучших инновационных идей для Республики Татарстан Виртуальный музей-библиотека Академии Наук Республики Татарстан Татарстанский ЦНТИ