Космический сюрприз: железо ведёт себя иначе ✎ экспресс

Оригинал: "Upturn observed in heavy nuclei to iron ratios by the ATIC-2 experiment"
arXiv:1303.6108 · 2013-03-25 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
В потоке частиц из дальнего космоса тяжёлые ядра неожиданно повели себя не так, как ожидали.

В потоке заряженных частиц, летящих к нам из глубин Галактики, железо оказалось белой вороной. Прибор ATIC-2, поднятый на воздушном шаре над Антарктидой, сравнил, как меняется с энергией доля ядер от серы до хрома относительно железа. До энергии примерно 80 ГэВ на нуклон всё шло как по учебнику: чем выше энергия, тем меньше тяжёлых ядер по сравнению с железом. Но выше 100 ГэВ на нуклон кривые резко пошли вверх — и так для всех элементов от серы до хрома.

Один нуклон — это одна частица в ядре: протон или нейтрон. Энергия в 100 ГэВ на нуклон означает, что каждый протон или нейтрон в ядре несёт энергию, в сто раз превышающую его массу покоя.

Странность не ограничилась тяжёлыми ядрами. У лёгких чётных ядер — углерода, кислорода, неона, магния, кремния — тоже нашли подъём в соотношении с железом, но слабее. Получается, что спектр железа отличается от спектров других распространённых чётных ядер. Железо как будто приходит к нам из другого места или рождается в других условиях.

Пока ясно одно: космические ускорители, разгоняющие частицы до таких энергий, работают не одинаково для всех элементов. Возможно, взрывы сверхновых или другие катаклизмы по-разному выбрасывают железо и более лёгкие ядра. Или на пути к нам с железом что-то происходит — например, оно чаще сталкивается с межзвёздным газом и теряет энергию. Ответ дадут будущие измерения, но уже сейчас ясно: железо хранит какую-то свою тайну, и разгадка может изменить наше представление о том, как устроена Галактика.

Энергия 100 ГэВ на нуклон — это как если бы каждый протон в ядре разогнали до скорости, при которой его масса увеличивается в сто раз. Такие частицы прилетают к нам от источников, находящихся за тысячи световых лет.

В романе Станислава Лема «Эдем» герои сталкиваются с цивилизацией, которая научилась управлять потоками частиц в космосе. Возможно, когда-нибудь и мы научимся читать историю Галактики по составу космических лучей, как по книге.

Учёные
Enrico FermiErnest RutherfordMargaret BurbidgeJohannes RydbergWalter Baade
Понятия
уран аргон хром торий титан масса нейтрона отношение содержаний железо сера масса протона сталь атомное ядро спектральный индекс редкоземельный металл ядро свинца протон r-процесс перовскит скорость реакции магний