Подтверждена реальность эффекта Грейзена-Зацепина-Кузьмина

[Алексей333]

Итоговые данные, полученные в ходе девяти лет реализации проекта High Resolution Fly's Eye (HiRes-II), проводимого специалистами Университета штата Юта (University of Utah) и других учреждений США и Японии, уверенно демонстрируют наличие так называемого ГЗК-обрезания: космические лучи ультравысоких энергий (к ультравысоким энергиям относятся частицы с энергиями свыше 1018 электрон-вольт), рождающиеся в удаленных частях Вселенной, практически не достигают земной атмосферы из-за того, что по пути к нам взаимодействуют с реликтовым излучением, вызывая рождение электрон-позитронных пар или же пи-мезонов (публикация в Physical Review Letters 21 марта).
Читать полностью

Таким образом Земля защищена от космических катаклизмов? И следовательно некоторые гипотезы типа гипотезы о вымирании динозавров под действием космических факторов не верны?

[vika vorobyeva]

Насколько я понимаю, взаимодействие с микроволновым фоном обрезает излучение только достаточно далеких источников - высокоэнергичные заряженные частицы от ближайших галактик (не говоря уж о ядре нашей собственной Галактики) будут достигать Земли.

[wandarer]

Реликтовое излучение это фотоны инфракрасного диапазона. Интересно, как гамма-фотоны могут взаимодействовать с инфракрасными фотонами? Как же принцип суперпозиции? Космические лучи также состоят из протонов высоких энергий. Каков механизм взаимодействия этих протонов с инфракрасными фотонами? Например, гамма фотоны часть времени своего существования могут проводить как виртуальные векторные мезоны и за счет этого могут взаимодействовать с ядрами атомов. Но чтобы был какой-то обратный механизм? Что это обменное взаимодействие?

[vika vorobyeva]

Космические лучи также состоят из протонов высоких энергий. Каков механизм взаимодействия этих протонов с инфракрасными фотонами?

Как какой? Протоны - заряженные частицы, и должны нормально взаимодействовать с электромагнитным излучением

Насколько я понимаю, у высокоэнергичных протонов лоренц-фактор такой, что в их системе отсчета встречные фотоны реликтового фона должны смотреться жесткими гамма-квантами. После упругого столкновения с гамма-квантами протоны должны получать импульс "назад", т.е. тормозиться, а реликтовые фотоны, наоборот, приобретать энергию и становиться гамма-квантами. За счет этого торможения высокоэнергичные протоны не могут улететь слишком далеко, хотя на десятки мегапарсек их вроде должно хватать.

[Stepa]

Тут немного сложнее. Или проще. :-) Упомянутый процесс - это так называемый обратный комптон-эффект. Он существенен, когда комптоновская длина волны частицы (h/(mc)) примерно равна длине фотона. На энергиях ГЗК-обрезания его вероятность практически равна нулю.

Как это не покажется странным, но первую скрипку здесь играют фотоядерные реакции типа p + gamma = p + pi_plus + pi_minus и т.д. Образующиеся пи-мезоны и уносят часть энергии первичной частицы. По сути, образуется ливень, аналогичный ливню в атмосфере Земли, но растянутый по длине на мегапарсеки. 

[Dos]

А лаборатория Оже что говорит? У них же сейчас самое мощное оборудование по космическим лучам. И ГКЗ-обрезание они двумя методами одновременно замеряют. Вроде раньше разные методы противоположные результаты показывали.

[wandarer]

... Протоны - заряженные частицы, и должны нормально взаимодействовать с электромагнитным излучением

IMHO протоны взаимодействуют только с ЭМП. У них нет даже механизма взаимодействия с гамма квантами. Только опосредованно.

[vika vorobyeva]

IMHO протоны взаимодействуют только с ЭМП. У них нет даже механизма взаимодействия с гамма квантами. Только опосредованно.

 
А разве гамма-квант - не квант электромагнитного поля?

[wandarer]

IMHO протоны взаимодействуют только с ЭМП. У них нет даже механизма взаимодействия с гамма квантами. Только опосредованно.

А разве гамма-квант - не квант электромагнитного поля?

Оттого, что гамма-квант является квантом ЭМПоля не слелует, что он являясь лептоном взаимодействует с барионом-протоном. Это взаимодействие идет опосредованно, через векторные мезоны ро, омега, в которые энергичный гамма-фотон виртуально превращается вблизи поля ядерных сил. А уж эти частицы ( ро, омега) могут участвовать в адронных взаимодействиях.  Фотоны, как частицы электрически нейтральны и лишь наводят ЭМПоле в физическом вакууме (создают топологию электромагнитного пространства для виртуальных частиц). Протон виртуально взаимодействует с пространством и находясь в электромагнитном пространстве-поле ведет себя подчиняясь вариационному принципу.

[Stepa]

что он являясь лептоном взаимодействует с барионом-протоном.

1. Фотон - это бозон, переносчик ЭМ-взаимодействия.  Он - не лептон.
2. Учитывая, что протон - заряженная частица, никто не мешает фотону относиться к нему, как к большому электрону.
Вот нейтронно-фотонное взаимодействие - поинтереснее.
3.  То, как идет взаимодействие между протоном и фотоном в их "ядерной" ветви, не настолько определенно. Целый набор процессов дают свой вклад в нее. Один из них, действительно, заключается во временной конверсии фотона в кварк-антикварковую пару и дальнейшем сильном взаимодействии при помощи глюонов. Если мы выкинем мысленно протон из этой реакции, то получим канал, по которому могут взаимодействовать фотоны и глюоны.




 

[wandarer]

... Фотон - это бозон, переносчик ЭМ-взаимодействия.  Он - не лептон.

Действительно, фотон это бозон, а не фермион. (Подчиняется соответствующей статистике). И к лептонам по определению относят, частицы не участвующие в сильных взаимодействиях. Хотя в последних определениях лептоны обязали быть фермионами, т.е. частицами со спином 1/2. Но от этого суть не изменилась.

[Stepa]

Но от этого суть не изменилась.
]/quote]
У вас получалось, что протоны не рассеивают гамма-кванты, как это делают электроны.

[wandarer]

У вас получалось, что протоны не рассеивают гамма-кванты, как это делают электроны.

Да, они это делают по другому. Вне протонов, на расстояниях до 10^-15 см путем взаимодействия с облаком пи-мезонов, до 10^-16 см путем взаимодействия с  W-бозонами. Причем сами фотоны при этом должны виртуально превращаться в векторные мезоны. Если же энергии для этого не достаточно, то ядро атома прозрачно для них.
Вот и странно, неужели синего смещения инфракрасных фотонов хватает для отождествления их с гамма-квантами.

[Stepa]

Если же энергии для этого не достаточно, то ядро атома прозрачно для них.

Оно заряжено электрически. Почему же фотоны не должны рассеиваться?
В классике ведь есть томсоновское рассеяние. И в КЭД оно никуда не девается.

[wandarer]

Если же энергии для этого не достаточно, то ядро атома прозрачно для них.

Оно заряжено электрически. Почему же фотоны не должны рассеиваться?
В классике ведь есть томсоновское рассеяние. И в КЭД оно никуда не девается.

Томсоновское рассеяние характеризует поведение заряженной частицы в поле электромагнитной волны и связано с колебанием частицы в поле этой волны. При  колебательном движении частица ускоряется, следовательно, частица должна излучать. Излучение идет с частотой воздействующего ЭМП, а излучаемая энергия черпается из энергии первичной волны.  При этом сечение Томсоновского рассеяния обратно пропорционально квадрату массы рассеивающей частицы поэтому для протона оно  ~ в 3*10^6  раз меньше, чем сечение Томсоновского рассеяния на свободном электроне. Таким образом, Томсоновское рассеяние является полевым эффектом (т.е. эффектом виртуального взаимодействия частицы с пространством), а не результатом прямого поглощения и переизлучения фотона.

[Stepa]

Таким образом, Томсоновское рассеяние является полевым эффектом (т.е. эффектом виртуального взаимодействия частицы с пространством), а не результатом прямого поглощения и переизлучения фотона.

Что значит "с пространством"? Фотон - реален, протон - тоже. Они счетны. Есть объективная реальность - протон и фотон. Один прилетел, второй улетел. Могу посчитать первые, могу посчитать вторые...
Как из факта о том, что сечение ~ 1/m^2 можно сделать вывод о "полевой" его природе?  Понятно, что сечение пропорционально комптоновской длине в квадрате, w~(h/mc)^2. Отсюда мы видим w ~ 1 / m^2. 
Почему же электрон может, а протон - нет?

Чтобы поглотить и переизлучить, надо обладать структурой. Частица не может поглотить фотон. Он на ней рассеивается.

[wandarer]

Ну и как же происходит рассеяние? Это что механические шарики?

[bob]

Тут немного сложнее. Или проще. :-) Упомянутый процесс - это так называемый обратный комптон-эффект. Он существенен, когда комптоновская длина волны частицы (h/(mc)) примерно равна длине фотона. На энергиях ГЗК-обрезания его вероятность практически равна нулю.

Как это не покажется странным, но первую скрипку здесь играют фотоядерные реакции типа p + gamma = p + pi_plus + pi_minus и т.д. Образующиеся пи-мезоны и уносят часть энергии первичной частицы. По сути, образуется ливень, аналогичный ливню в атмосфере Земли, но растянутый по длине на мегапарсеки. 

Спасибо. Как-то раньше не задумывался о том, что частицы высоких энергий - это тот же энергичный газ, который должен осреднять и уравновешивать сам себя. Рассеиваться сам на себе как на нашей атмосфере.

[bob]

Чтобы поглотить и переизлучить, надо обладать структурой. Частица не может поглотить фотон. Он на ней рассеивается.

Может. Но это два альтернативных описания одного и того-же явления. Строго, по формализму Фейнмана, при контакте действует оператор уничтожения бозона. Другое дело, что переизлученный бозон обладает свойствами рассеянного исходного.

[bob]

Итоговые данные, полученные в ходе девяти лет реализации проекта High Resolution Fly's Eye (HiRes-II), проводимого специалистами Университета штата Юта (University of Utah) и других учреждений США и Японии, уверенно демонстрируют наличие так называемого ГЗК-обрезания: космические лучи ультравысоких энергий (к ультравысоким энергиям относятся частицы с энергиями свыше 1018 электрон-вольт), рождающиеся в удаленных частях Вселенной, практически не достигают земной атмосферы из-за того, что по пути к нам взаимодействуют с реликтовым излучением, вызывая рождение электрон-позитронных пар или же пи-мезонов (публикация в Physical Review Letters 21 марта).
Читать полностью

Таким образом Земля защищена от космических катаклизмов? И следовательно некоторые гипотезы типа гипотезы о вымирании динозавров под действием космических факторов не верны?

Важные данные. С Вашего разрешения, дублирую в Научной Панораме, с ссылкой на Вас.