国際的な科学者チームが空間転移をシミュレートするコンピュータープログラムを開発した
宇宙線とは？
宇宙線はその性質上、宇宙空間を高エネルギーで運動する素粒子や原子核。一次宇宙線の主な発生源は、超新星爆発（銀河宇宙線）や太陽であると考えられていますが、その性質はまだ十分に理解されていません。
銀河の高エネルギー（最大1016 eV）科学者たちは宇宙線を、超新星爆発によって発生する衝撃波上の粒子の加速によって説明しています。それらはほぼ光の速度、約 300,000 km/s で移動します。
発見の歴史
宇宙線は1912年にオーストリア人によって発見された物理学者のヴィクター・ヘス。彼はウィーンのラジウム研究所の職員であり、イオン化ガスの研究を行っていました。しかし、この瞬間まで、科学者たちはその存在を疑っていました。
フランスの物理学者シャルル・オーギュスタン・ド・クーロンは、彼は、検電器を使用して電気の性質を研究しているときに、たとえ最高の電気絶縁体を備えていても、箔のシートから電荷が自然に流出することを発見しました。ウィリアム・クルックスは後に、検波器内の気圧が低下すると、このプロセスの速度が低下することを発見しました。そこで科学者は、放電の原因は空気のイオン化であるという結論に達しました。
著者: モンタージュ:天体粒子物理学のためのヘルムホルツ同盟 / A.Chantelauze、写真:ピエール オージェ天文台。 著作権: CC BY-NC 4.0
しかし、その理由が何であるかは当時まで不明でした物理学者は放射能の現象を発見したわけではありません。そこで科学者たちは、地球、大気、宇宙のいずれかが放射線源である地球規模の背景放射線が存在するという仮説を立てました。
一連の実験の後、ヘスは放射線源は空であるという結論に達しました。科学者はそれを「高高度放射線」と呼びました。
20年後、ヘスはノーベル賞を受賞した彼の研究は宇宙線物理学という新しい科学分野の発展の基礎となりました。それ以来、科学者たちは研究で大きな進歩を遂げてきましたが、まだ答えられていない疑問もいくつかあります。例えば、宇宙線の形成速度や過程について。
宇宙線はなぜ観測が難しいのですか？
宇宙線発見から100年研究者たちはそれらがどこから来たのかを解読しようとしています。問題は、地球から見た場合、それらを肉眼で「別々に」見ることができないことです。人が見ているほぼどこでも同じように明るく照らされます。
色付きの線は、磁場中で宇宙線がどのように偏向されるかを示しています。
白い直線は大規模な磁場を表します。
粒子の経路 (色付きの線) は、ここには示されていない小規模な磁場の影響を受けます。
イラスト：ルーカス・メルテン
これは、太陽光が散乱するためです。地球の大気と空全体に均等に広がっています。宇宙線も地球に向かう途中で散乱します。これは、磁場と相互作用することによって行われます。地球の表面から見えるのは、均一に照らされた画像だけです。しかし、放射線の正体は不明のままです。
科学者たちは何をしましたか？
この問題を解決するために、科学者は特別な方法を作成しましたコンピュータ プログラム CRPropa (eng. Cosmic Ray Propagation Framework、宇宙線伝播スキーム)。これにより、科学者は粒子の形成から地球への到着までの軌跡を追跡できます。さらに、このデータは、粒子と宇宙の物質および光子場との相互作用を完全に説明するのに役立ちます。
プログラムモデルだけでなく、宇宙線の伝播だけでなく、ニュートリノとガンマ線が相互作用するときに発生するサインも。宇宙線とは異なり、これらのメッセンジャー粒子は発生源から直接観測できます。これは、それらが地球に直接飛行するためです。
ニュートリノは中性であることを思い出してください半整数スピンを持つ基本粒子。それらは弱い重力相互作用にのみ関与します。以前、ハイテックはそれが何であるか、そして自然界には他のどのような相互作用が存在するかを説明しました。
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さらに、科学者たちはこのソフトウェアを使用して、恒星フレアや活動銀河などの遠方の銀河からのニュートリノやガンマ線の特徴を予測することを計画しています。
彼女はどのように助けますか？
開発者は自信を持っています -彼らのソフトウェアは「宇宙への新しい窓を開きます」。その助けを借りて、物理学者は現在利用可能なプログラムでは完全にはカバーできない新しいエネルギー範囲を探索しています。
そして最も重要なことは、科学者が開発することです天の川銀河から遠く離れた星団への宇宙線の動きを説明し、データを観測結果と比較する理論モデル。
シミュレーションプログラムは17によって開発されましたドイツ、スペイン、オランダ、イタリア、クロアチア、イギリス、オーストリアからの研究者。このプロジェクトは、ドイツ研究財団が資金を提供している共同研究センターの枠組みの中で実施されました。
科学者は、CRPropa が重要な貢献をすることを確信しています宇宙線がどこから来るのかを理解すること。新しい理論計算は、物理学者が宇宙を観測するさまざまな機器から科学者が受け取るさまざまなデータを解釈するのに役立ちます。
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