ускорение фермиэффект
В 1949 году Энрико Ферми предложил остроумное объяснение происхождения энергичных частиц, бомбардирующих Землю из космоса. Он представил заряженную частицу, которая многократно отражается от огромных движущихся магнитных облаков в нашей Галактике. При каждом лобовом «отскоке» частица получает порцию энергии, подобно тому как мяч ускоряется, ударяясь о приближающуюся стену. Статистическое накопление таких приращений за миллионы лет приводит к степенному распределению частиц по энергиям. Позднее физики выделили два варианта механизма: медленный (ускорение Ферми II) — от хаотического движения облаков — и быстрый (ускорение Ферми I) — на фронтах ударных волн от взрывов сверхновых; последний считается основным источником космических лучей.
Как работает
Именно так рождаются частицы, которые мы улавливаем детекторами космических лучей. Главными природными ускорителями служат остатки взорвавшихся звёзд: их ударные волны работают как гигантские ракетки, разгоняющие частицы.
💡 Самая энергичная когда-либо зарегистрированная частица — «Oh-My-God»-частица — имела энергию, эквивалентную бейсбольному мячу, летящему со скоростью 100 км/ч, и скорее всего была разогнана именно механизмом Ферми первого рода.
\frac{dN}{dE} \propto E^{-p}, \quad p = \frac{r+2}{r-1}
dN/dE — дифференциальная плотность числа частиц по энергии (число частиц на единицу энергии); E — кинетическая энергия частицы; p — спектральный индекс; r — степень сжатия ударной волны (отношение плотностей газа за и перед фронтом, r = ρ₂/ρ₁). Для сильной нерелятивистской ударной волны r = 4, тогда p = 2.