МИФИ и космические лучи: как разгадать мюонную загадку

Космические лучи — это потоки элементарных частиц, фотонов и ядер атомов, которые движутся в космическом пространстве с высокими энергиями. Они могут возникать в разных источниках: вне нашей Галактики, в нашей Галактике, на Солнце или в межпланетном пространстве. Космические лучи являются важным объектом изучения для физики высоких энергий и физики элементарных частиц, так как они позволяют узнать больше о процессах, происходящих в космосе, и открыть новые виды частиц.


Однако космические лучи также тают в себе множество загадок и аномалий. Одна из них — так называемая мюонная загадка. Мюоны — это элементарные частицы, которые образуются при взаимодействии космических лучей с атмосферой Земли. По теоретическим расчетам, количество мюонов в верхних слоях атмосферы должно быть намного меньше, чем-то, что регистрируют детекторы на поверхности Земли. Чтобы разгадать эту аномалию, ученым необходимо точно измерить число и энергию мюонов.

Для этого российский Национальный исследовательский ядерный университет (НИЯУ) МИФИ запустил новую установку для изучения траекторий движения космических лучей «Трек». Это самая крупная установка такого типа в мире, которая может позволить расширить границы изучения энергии космических лучей до рекордного интервала (10¹⁴ — 10¹⁹ эВ.).

Установка «Трек» представляет собой трековый детектор, который состоит из 16 плоскостей дрейфовых камер. Каждая плоскость имеет размер 6 на 6 метров и содержит 5760 проводников, по которым протекает электрический ток. Когда космические лучи проходят через детектор, они ионизируют газ в камерах и вызывают импульсы тока на проводниках. По этим импульсам можно восстановить траектории частиц и определить их энергию и заряд.

Установка «Трек» работает вместе с другим детектором НЕВОД, который регистрирует черенковское излучение от космических лучей в воде. Это излучение возникает, когда скорость частицы превышает скорость света в среде. Совместное использование двух детекторов позволяет повысить точность измерений и уменьшить фоновые события.

С помощью установки «Трек» ученые НИЯУ МИФИ надеются разгадать мюонную загадку и выяснить, откуда берутся лишние мюоны в атмосфере. Это может привести к открытию новых физических процессов или новых видов частиц. Кроме того, изучение космических лучей помогает понять происхождение и структуру Вселенной, а также оценить риски радиационного облучения для космических полетов и спутниковой связи.