Kosmik nurlar

Elektr tokining havo orqali sirqib isrof bo‘lishi, elektr energiyasi uzatish tarmoq loyihachi muhandislari uchun muammo sifatida yuzaga chiqishidan ancha avvalroq, ba’zi fizik mutaxassislar, havoning elektr o‘tkazuvchanligidek tushunarsiz jumboq bilan qiziqib qoldilar. Avvaliga takomillashmagan asboblar — yaproqli elektroskoplar, keyinchalik ancha mukammal bo‘lgan tolali elektrmetrlar nuqul dastlabki zaryadlarini yo‘qotar edi, shu bilan birga, asbob aerostatda baland ko‘tarilgan sari, bu sirqish orta borardi. Avstriyalik olim V. Gess, havo molekulalarini zaryadlangan ionlarga bo‘lib tashlaydigan qandaydir singuvchi nurlanish aynan koinotdan kelishini 1913-yilda isbotlab berdi.

1927-yilda rus fizigi Skobeltsin, magnit maydonli Vilson kamerasida ayrim izlarni, so‘ngra esa magnit maydonda deyarli og‘maydigan tez zaryadlangan zarralar guruhlarini sezib qoldi. Boshqa olimlarning yangi tajribalari yuqori singuvchanlik xususiyatlarining ham, kosmik nurlar modda bilan ta’sirlashganda ularning odatdan tashqari o‘zgarishlarining ham «aybdori» aynan juda yuqori (milliardlarcha elektron volt) energiyali zaryadlangan zarralar ekanligiga shubha qoldirmadi.

Amerika olimi K.D. Andersson 1932 yilda Vilson kamerasi yordamida elektron e⁻ ning musbat zaryadlangan analogi e⁺ ni, 1936 yilda esa, 200 marta og‘ir, lekin beqaror zarra myuon (yunoncha myu)ni ko‘rdi.  Ingliz fizigi S.F.Pauell 1947 yilda o‘z xodimlari bilan yadro fotoemulsiyalari yordamida myuonning asosiy ajdodi —  massasi 274 elektron massasiga teng va o‘ziga xos yemirilish zanjiri π→(+v) →e(+2v)ga ega bo‘lgan (bu yerda v — bevosita kuzatilmaydigan neytral zarralar) zaryadlangan pion π± ni kashf qilganidan so‘ng, yadro fizikasi asosiy zarralarining «assortimenti» ancha boyidi.

Mikrodunyo miqyoslari bo‘yicha ancha sekin (10⁻⁶ — 10⁻¹⁰ s) yemirilishi, ba’zi zarralarning beqarorligini o‘rganish kuchsiz o‘zaro ta’sirlar nazariyasining paydo bo‘lishiga olib keldi: bu nazariya eng singuvchan, deyarli «tutqich bermas» zarracha — neytrinoning xossalarini tushuntirib berdi.

Barcha yangi zarralar xossalarining o‘ziga xosligi ularning paydo bo‘lish jarayonlarida va keyingi o‘zgarishlarida namoyon bo‘ladi. Masalan, pozitronni yuqori energiyali gamma-kvant (yunoncha γ-kvant) har doim atom yadrosining kuchli elektr maydonida elektron bilan juft holda vujudga keltiradi; gamma-kvantlarning o‘zi esa π⁰ pion neytral turining paydo bo‘lishi va yemirilishi hisobiga vujudga keladi hamda ular yadro maydonida tormozlanganda elektronlar va pozitronlar tomonidan nurlanadi. Odatda bu zarrachalarning ajdodlari Yer atmosferasiga koinotdan uchib keladigan va atom yadrolari bilan mustaqil to‘qnashuvlarda har gal bir butun zaryadlangan va neytral pionlar «yelpig‘ichini» paydo qiladigan protonlar hisoblanadi. Zaryadlarning bunday ko‘plab paydo bo‘lishi ularning kuchli o‘zaro ta’sirlashishi bilan bog‘liq: bu esa elektromagnit o‘zaro ta’sirlashishdan taxminan 100 marta intensivroqdir.

Rasmda yadro-kaskad jarayonining sxemasi umumiy tarzda ko‘rsatilgan. Bunda ikkilamchi kosmik nurlanishning uch asosiy komponenti: yadro-aktiv (yadrolardan protonlar va neytronlar+pionlar), singuvchi yoki qattiq (myuonlar) va yumshoq (elektron-foton) komponentlar hosil bo‘ladi. Juda yuqori (>10¹⁴ eV) energiyalarda kaskad jarayonlari shunchalik jadal rivojlanadiki, ularning barcha mahsullari keng atmosfera selini — Yerning bir necha kvadrat kilometr maydonini sug‘oradigan millionlab zarralar oqimini hosil qiladi.

1940-yillar oxirlariga kelib, birlamchi nurlanishning energetika spektri va tarkibi o‘rganildi. Ma’lum bo‘lishicha, uning oqimi energiya ortishi bilan tez (deyarli kvadrat qonuniyati bo‘yicha) kamaysa ham, lekin hali ham uning ulkan (10²⁰ darajasida) energiyagacha yoyilgan bo‘ladi.

Kosmik nurlarning ajoyib singish xususiyatida ba’zan amaliy maqsadlarda — qidirish va muhandisli geologiyasida qalin yer qatlamini, ruda jismlari va bo‘shliqlarni, shuningdek, ulkan inshootlarni o‘rganishda foydalaniladi.

Kosmik nurlarni o‘rganishning katta ilmiy qiymati ularning birlamchi yadro tarkibini (ular umumiy tarzda koinotdagi kimyoviy elementlar tarkibini takrorlaydi), shuningdek, ularning fazoda vaqt davomida tarqalishini aniqlashdan iborat. Bu zarralarning kelib chiqishini aniqlashga urinish astrofiziklarni bu zarralarni kosmik jismlar — o‘ta yangi yulduzlar, pulsarlar (ya’ni tez aylanuvchi neytron yulduzlar), qora o‘ralar, va ho kazo atrofidagi juda kuchli va cho‘ziq elektromagnit maydonlarda tezlashish jarayonlarini bilib olishlariga olib keladi. Kosmik nurlardan kelayotgan keng diapazonli elektromagnit nurlanishlar bo‘yicha (radioto‘lqinlardan tortib to o‘ta yuqori energiyali gamma-kvantlargacha) kosmik nurlar manbalari kuzatilmoqda.