Частицы материи и антиматерии столкнулись с атмосферой Земли с беспрецедентной энергией

Ученые из коллаборации HESS, включающей консорциум немецких университетов, Max-Planck-Institut für Kernphysik и CNRS во Франции, недавно идентифицировали электроны и позитроны с самыми высокими энергиями, когда-либо зарегистрированными на Земле. Они предоставляют доказательства космических процессов, излучающих колоссальное количество энергии, происхождение которой пока неизвестно. 

Используя обсерваторию HESS, расположенную в Намибии, исследователи обнаружили электроны и их аналоги из антивещества, позитроны, врезающиеся в атмосферу с энергией более 40 тераэлектронвольт или ТэВ. Это более чем в шесть раз превышает энергию, до которой ускоряются частицы в Большом адронном коллайдере.

Это не только самые энергичные электроны и позитроны космических лучей (CRe), когда-либо обнаруженные, но данные говорят о том, что эти частицы не могли образоваться слишком далеко от Земли. Что бы ни ускоряло эти частицы, оно находится рядом с нами по галактическим меркам.

«Это важный результат, поскольку мы можем сделать вывод, что измеренные CRe, скорее всего, происходят из очень немногих источников в непосредственной близости от нашей Солнечной системы, максимум до нескольких тысяч световых лет, что очень мало по сравнению с размерами нашей Галактики», — сказала в своем заявлении Катрин Эгбертс из Потсдамского университета, один из авторов исследования.

Самые энергичные космические лучи ускоряются в чрезвычайно энергичных событиях, например, от сверхмассивных черных дыр. Но они находятся в миллионах световых лет от нас. Объекты с колоссальными магнитными полями, такие как пульсары, также могут быть причиной. Ближайший пульсар находится в 510 световых годах от нас.

«Благодаря нашему детальному анализу мы впервые смогли наложить серьезные ограничения на происхождение этих космических электронов», — добавил профессор Вернер Хофманн из Института ядерной физики Макса Планка, соавтор исследования.

«Очень низкие потоки при больших ТэВ ограничивают возможности космических миссий конкурировать с этим измерением. Таким образом, наше измерение не только предоставляет данные в важном и ранее неисследованном диапазоне энергий, влияя на наше понимание местных галактических окрестностей, но и, вероятно, останется эталоном на ближайшие годы», — говорят ученые.

Когда гамма-лучи или высокоэнергетические космические лучи попадают в атмосферу, они могут генерировать множество вторичных частиц, которые движутся быстрее света в воздухе (но не быстрее света в вакууме). Этот процесс генерирует свет, называемый черенковским излучением. HESS в основном изучает гамма-лучи, попадающие в атмосферу, но он также может измерять черенковское излучение, создаваемое высокоэнергетическими космическими лучами, движущимися через атмосферу. Вот так были обнаружены эти рекордные частицы.

Статья с описанием результатов исследования опубликована в журнале Physical Review Letters.