ГЗК-парадокс

Описание

В 1966 году американский ученый Кеннет Грейзен (из Корнеллского университета) и независимо от него советские ученые Георгий Зацепин и Вадим Кузьмин (из ФИАН) предсказали, что при определенном значении энергии количество частиц в космических лучах должно резко уменьшаться. Это объясняется тем, что чем больше энергия частиц, тем сильнее они взаимодействуют с фотонами реликтового излучения, которыми заполнена Вселенная, и потому быстрее тормозятся. При этом частицы (в основном протоны) теряют свою энергию, рождая мезоны (пионы), которые затем распадаются на лептоны (электроны, позитроны и нейтрино). В области энергий 6×10¹⁹ эВ и выше интенсивность взаимодействия резко возрастает, и в энергетическом спектре частиц образуется завал - так называемый завал ГЗК (завал Грейзена-Зацепина-Кузьмина). Средняя дистанция гашения энергии таких частиц (они называются UHECR - Ультра Высоких Энергий Космические Лучи) равна 50 Мпс, т.е. невелика по космическим меркам. А поскольку UHECR могут рождаться только активными ядрами галактик, квазарами и другими подобными сверхудаленными от нас объектами, то на земных детекторах они должны регистрироваться крайне редко, что и соответствует завалу ГЗК.

Наличие ГЗК-завала в распределении энергии космических частиц подтверждается данными, полученными в ходе реализации американо-японского проекта HiRes Fly's Eye ("Глаз Мухи"). Обобщив данные своей установки ("Глаз Мухи") за период с 1999 года по 2006 год, сотрудники HiRes обнаружили всего 13 событий (регистрации частиц) с энергией UHECR при ожидаемых 43 (в том случае, если бы ГЗК-завал не имел места). Это означает, что UHECR действительно блокируются реликтовым фоном Вселенной и чрезвычайно редко достигают атмосферы Земли. Более того, сотрудники аргентинской обсерватории Пьера Оже (Pierre Auger Observatory) объявили о том, что им удалось наблюдать не только завал ГЗК, но и ярко выраженную анизотропию в распределении событий с UHECR. Тем самым получила подтверждение гипотеза о том, что UHECR рождаются активными ядрами галактик. Данные HiRes, к сожалению, не позволяют говорить о какой-либо анизотропии в распределении событий с UHECR. Причина этого расхождения пока не понятна.

С другой стороны, эти данные противоречат результатам японского эксперимента AGASA, согласно которым события с UHECR продолжают спектр космического излучения без ГЗК-завала. Если за три года (начиная с 1999) работы своей установки сотрудники HiRes насчитали всего 4 события с UHECR, то специалисты AGASA насчитали 11 таких событий притом, что чувствительность их установки в четыре раза уступала чувствительности установки HiRes. Причина этого расхождения также пока не понятна. Именно это расхождение между интерпретацией данных HiRes и AGASA и называется сегодня парадоксом ГЗК.

Решение

Строго говоря, парадокс ГЗК - это не парадокс, а обычная проблемная ситуация в науке, свидетельствующая о несовершенстве существующей теории или применяемой экспериментальной методики. Он не выводится логически из теории, как, например, парадокс лестницы выводится из специальной теории относительности. Он не имеет даже логически противоречивой формулировки, как, например, противоречие простого механического движения в диалектике. Это - всего лишь экспериментальный факт, расходящийся с предсказаниями существующей теории. Поэтому и решается он не логическими методами, а исправлением существующей теории, либо поиском правильной экспериментальной методики, что мы и имеем в данном случае. Так, например, в качестве теории, объясняющей данный факт (при условии, что он не является ошибкой), сегодня предлагают так называемую дважды специальную теорию относительности, а в качестве ошибок применяемой экспериментальной методики следующие предположения:

• неправильная интерпретация результатов наблюдений;
• существование источников UHECR вблизи Земли и т.д.

Так что вопрос пока остается открытым...

Ссылки

"Посланники космоса: дальнего или ближнего? Космические лучи ультравысокой энергии" http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/NATURE/02_06/COSMOS.HTM