Ultrahög energi gammastrålning
Ultrahögenergigammastrålar är gammastrålar med fotonenergier högre än 100 TeV (0,1 PeV). De har en frekvens högre än 2,42 × 10 28 Hz och en våglängd kortare än 1,24 × 10 −20 m. Existensen av dessa strålar bekräftades 2019. I ett pressmeddelande den 18 maj 2021 rapporterade Kinas Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) upptäckten av ett dussin ultrahögenergigammastrålar med energier som överstiger 1 peta-elektronvolt (kvadrilljoner elektronvolt eller PeV), inklusive en på 1,4 PeV, den högsta energifoton som någonsin observerats. Författarna till rapporten har namngett källorna till dessa PeV-gammastrålar PeVatrons.
Betydelse
Gammastrålar med ultrahög energi är viktiga eftersom de kan avslöja källan till kosmiska strålar . Om man bortser från gravitationens relativt svaga effekt färdas de i en rak linje från sin källa till en observatör. Detta är till skillnad från kosmiska strålar som har sin färdriktning förvrängd av magnetfält. Källor som producerar kosmisk strålning kommer nästan säkert att producera gammastrålar också, eftersom de kosmiska strålpartiklarna interagerar med kärnor eller elektroner för att producera fotoner eller neutrala pioner som i sin tur sönderfaller till ultrahögenergifotoner.
Förhållandet mellan primära kosmiska strålhadroner och gammastrålar ger också en ledtråd om ursprunget till kosmisk strålning. Även om gammastrålar kan produceras nära källan till kosmisk strålning, kan de också produceras genom interaktion med kosmisk mikrovågsbakgrund genom Greisen-Zatsepin-Kuzmin-gränsgränsen över 50 EeV.
Gammastrålar med ultrahög energi interagerar med magnetfält för att producera positron-elektronpar. I jordens magnetfält förväntas en 10 21 eV foton interagera cirka 5000 km över jordens yta. Högenergipartiklarna fortsätter sedan att producera fler fotoner med lägre energi som kan drabbas av samma öde. Denna effekt skapar en stråle av flera 10 17 eV gammastrålefotoner på väg i samma riktning som den ursprungliga UHE-fotonen. Denna stråle är mindre än 0,1 m bred när den träffar atmosfären. Dessa gammastrålar är för lågenergiska för att visa Landau-Pomeranchuk-Migdal-effekten . Endast magnetfält vinkelrätt mot fotonens väg orsakar parproduktion, så att fotoner som kommer parallellt med de geomagnetiska fältlinjerna kan överleva intakta tills de möter atmosfären. Dessa fotoner som kommer genom det magnetiska fönstret kan producera Landau-Pomeranchuk-Migdal-skurar.
Klass | energi | energi | energi | frekvens | våglängd | jämförelse | egenskaper |
---|---|---|---|---|---|---|---|
TeV | eV | μJ | yottahertz | attometrar | |||
10 −12 | 1 | 1,602 × 10 −13 μJ | 2,418 × 10 −12 YHz | 1,2398 × 10 12 am | nära infraröd foton | (för jämförelse) | |
0,1 TeV | 1 × 10 11 | 0,01602 μJ | 24,2 YHz | 12 på morgonen | Z boson | ||
Gammastrålar med mycket hög energi | |||||||
1 TeV | 1 × 10 12 | 0,1602 μJ | 242 YHz | 1.2 på morgonen | flygande mygga | producerar Cherenkov-ljus | |
10 TeV | 1 × 10 13 | 1,602 μJ | 2,42 × 103 YHz | 0.12 på morgonen | luftdusch når marken | ||
100 TeV | 1 × 10 14 | 16,02 μJ | 2,42 × 104 YHz | 0.012 fm | pingisboll som faller av ett slagträ | får kväve att fluorescera | |
Ultrahögenergi gammastrålar | |||||||
1000 TeV | 1 × 10 15 | 160,2 μJ | 2,42 × 105 YHz | 1,2 × 10 −3 på morgonen | |||
10 000 TeV | 1 × 10 16 | 1602 μJ | 2,42 × 106 YHz | 1,2 × 10 −4 på morgonen | potentiell energi av golfboll på en tee | ||
100 000 TeV | 1 × 10 17 | 1,602 × 10 4 μJ | 2,42 × 107 YHz | 1,2 × 10 −5 på morgonen | |||
1 000 000 TeV | 1 × 10 18 | 1,602 × 10 5 μJ | 2,42 × 108 YHz | 1,2 × 10 −6 på morgonen | |||
10 000 000 TeV | 1 × 10 19 | 1,602 × 10 6 μJ | 2,42 × 10 9 YHz | 1,2 × 10 −7 på morgonen | luftgevärsskott | ||
1,220 91 × 10 16 TeV | 1,22091 × 10 28 | 1,95611 × 10 9 J | 1 855 × 10 19 YHz | 1,61623 × 10 −17 fm | explosion av en biltank full med bensin | ||
Planck energi |
externa länkar
- Sök efter galaktiska PeV-gammastrålar med IceCube Neutrino Observatory
- Luftduschdetektering av diffusa PeV-gammastrålar