Речь идет о мюонах – субатомных частицах, способных проникать сквозь значительную толщину вещества, отмечает Science Daily. Именно поэтому они могут проходить не только через воздух, но и через стены, камни и человеческое тело. Физики научились регистрировать этот невидимый поток с помощью компактных детекторов.
Один из них – CosmicWatch, который изначально создавался как студенческий проект, а теперь применяется в исследованиях, обучении и экспериментах на больших высотах.
Что это за частицы, проходящие сквозь наше тело?
В космосе движутся чрезвычайно энергичные частицы – космические лучи. Они могут происходить от мощных явлений во Вселенной, в частности от взрывов звезд и других высокоэнергетических процессов.
Как это работает / Фото Unsplash
Когда космические лучи врезаются в атомы в верхних слоях атмосферы Земли, возникают каскады вторичных частиц. Среди них – мюоны. Мюоны нестабильны, но движутся настолько быстро, что значительная их часть успевает долететь до поверхности Земли.
Часть проникает еще глубже – сквозь здания, камни и грунт. Человеческое тело для них также не является серьезным препятствием. Частицы проходят сквозь нас постоянно, хотя мы этого не ощущаем. Для физиков мюоны важны потому, что несут информацию о первичных космических лучах. По их свойствам можно оценивать энергию, массу и направление частиц, вызвавших каскад в атмосфере.
Их способность проникать сквозь материалы нашла практическое применение. С помощью таких частиц можно исследовать внутреннюю структуру больших объектов, не разбирая их. Мюонную визуализацию, в частности, использовали для исследования Большой пирамиды в Гизе. Измеряя, сколько частиц проходит сквозь различные участки сооружения, ученые могут обнаруживать скрытые полости.
Как устройство может увидеть невидимые частицы?
CosmicWatch разработал физик Спенсер Аксани. Первую версию он создал в 2017 году, когда учился в аспирантуре Массачусетского технологического института. Устройство регистрирует прохождение мюона и сохраняет информацию о каждом таком событии. Затем данные можно загрузить и проанализировать.
Детекторы CosmicWatch позволяют нам проводить гораздо больше физических исследований в компактном и портативном формате, открывая двери для многих новых видов экспериментов и возможностей для привлечения широкой аудитории,
– сказал Спенсер Аксани.
Изначально детектор разрабатывался для работы, связанной с обсерваторией IceCube в Антарктиде. Этот большой научный комплекс ищет нейтрино – другой тип субатомных частиц, а регистрация мюонов помогает отличать нужные сигналы от фоновых. Впоследствии стало ясно, что компактное устройство может быть полезно далеко за пределами одного эксперимента.
Его начали использовать студенты, преподаватели и профессиональные исследователи. Новые версии CosmicWatch могут быстрее собирать данные, отслеживать условия окружающей среды и работать при высоких уровнях радиации. Такие детекторы уже используются в физических экспериментах, связанных с исследованием элементарных частиц и темной материи.
Одно из устройств также поднимали на высотном воздушном шаре примерно на 30 километров над Землей. Это позволило проследить, как изменяется поток космических частиц с высотой. Исследователи рассматривают и возможность использования подобных систем на ракетах и космических аппаратах. В будущем сеть таких детекторов могла бы отслеживать изменения космической среды и помогать исследовать потоки частиц вокруг Земли.