Kosmické záření. Dalibor Nedbal ÚČJF.

Podobné dokumenty
Zbytková ionizace v elektroskopech První elektroskopy byly vyvinuty již koncem 18. století za účelem demonstrace elektrostatického

Česká zrcadla pod Andami. Martin Vlček

Kosmické záření a Observatoř Pierra Augera. připravil R. Šmída

Kosmické záření a astročásticová fyzika

Záření KZ. Význam. Typy netermálního záření. studium zdrojů a vlastností KZ. energetické ztráty KZ. synchrotronní. brzdné.

Kosmické záření. Michal Nyklíček Karel Smolek

Kosmické záření a jeho detekce stanicí CZELTA

Objev gama záření z galaxie NGC 253

Vlastnosti nejenergetičtějších částic ve vesmíru

Urychlení KZ. Obecné principy, Fermiho urychlení, druhý řád, první řád, spektrum

KOSMICKÉ ZÁŘENÍ JEŠTĚ PO 100 LETECH. Jiří GRYGAR Oddělení astročásticové fyziky Sekce fyziky elementárních částic Fyzikální ústav AV ČR

Příklady Kosmické záření

Detekce nabitých částic Jak se ztrácí energie průchodem částice hmotou?

The Pierre Auger Observatory. provincie Mendoza, Argentina

ZÁŘENÍ V ASTROFYZICE

Urychlování částic ve vesmíru aneb záhadné extrémně energetické kosmické záření

října 2009: Evropský týden astročásticové fyziky

11 milionů světelných let od domova...

NEZADRŽITELNÝ VZESTUP ASTROČÁSTICOVÉ FYZIKY. Fyzikální ústav AV ČR, Praha

Základy spektroskopie a její využití v astronomii

piony miony neutrina Elektrony,

Kosmické záření. Dalibor Nedbal ÚČJF nedbal(at)ipnp.troja.mff.cuni.cz.

Stručný úvod do spektroskopie

Vysokoenergetické spršky kosmického

Kosmické záření. Dalibor Nedbal ÚČJF.

Slunce zdroj energie pro Zemi

Jak se pozorují černé díry? - část 3. Astrofyzikální modely pro rentgenová spektra

Proč studovat hvězdy? 9. 1 Úvod Energetické úvahy Zjednodušení použitá při konstrukci sférických modelů Model našeho Slunce 15

Kosmické záření. Pavel Kendziorski

Rozměr a složení atomových jader

Projekt detekce kosmického záření a střední školy v ČR

Princip metody Transport částic Monte Carlo v praxi. Metoda Monte Carlo. pro transport částic. Václav Hanus. Koncepce informatické fyziky, FJFI ČVUT

O tom, co skrývají centra galaxíı. F. Hroch. 26. březen 2015

Systémy pro využití sluneční energie

Současný stav poznání o kosmickém záření nejvyšších energií

The Pierre Auger Observatory

Základy Mössbauerovy spektroskopie. Libor Machala

Plazma. magnetosféra komety. zbytky po výbuchu supernovy. formování hvězdy. slunce

Urychlovače částic principy standardních urychlovačů částic

Seznam otázek pro zkoušku z biofyziky oboru lékařství pro školní rok

školní vzdělávací program ŠKOLNÍ VZDĚLÁVACÍ PROGRAM DR. J. PEKAŘE V MLADÉ BOLESLAVI RVP G 8-leté gymnázium Fyzika II. Gymnázium Dr.

Theory Česky (Czech Republic)

Měření absorbce záření gama

Tématický celek - téma. Magnetické vlastnosti látek Laboratorní úloha: Určení hmotnosti tělesa podle rovnoramenných vah

Astronomie, sluneční soustava

České vysoké učení technické v Praze

Ing. Pavel Hrzina, Ph.D. - Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů Katedra elektrotechnologie K13113

Jana Nováková Proč jet do CERNu? MFF UK

LEPTONY. Elektrony a pozitrony a elektronová neutrina. Miony a mionová neutrina. Lepton τ a neutrino τ

Univerzita Palackého v Olomouci Přírodovědecká fakulta Katedra experimentální fyziky / Společná laboratoř optiky

Standardní model a kvark-gluonové plazma

Měření kosmického záření

Referát z atomové a jaderné fyziky. Detekce ionizujícího záření (principy, technická realizace)

O tom, co skrývají centra galaxíı. F. Hroch. 10. duben 2009

(v zrcadle výtvarné estetiky)

Fyzika, maturitní okruhy (profilová část), školní rok 2014/2015 Gymnázium INTEGRA BRNO

Přednáška IX: Elektronová spektroskopie II.

Vesmírné urychlovače částic

2. Prostudovat charakter interakcí různých částic v hadronovém kalorimetru

Senzory ionizujícího záření

Geomagnetická aktivita je důsledkem sluneční činnosti. Pavel Hejda a Josef Bochníček

Fyzika II, FMMI. 1. Elektrostatické pole

ATOMOVÉ JÁDRO A JEHO STRUKTURA. Aleš Lacina Přírodovědecká fakulta MU, Brno

Batse rozložení gama záblesků gama záblesků detekovaných družicí BATSE v letech Rozložení je isotropní.

O původu prvků ve vesmíru

1. Ze zadané hustoty krystalu fluoridu lithného určete vzdálenost d hlavních atomových rovin.

13. Spektroskopie základní pojmy

Úvod do fyziky plazmatu

B. Hvězdy s větší hmotností spalují termojaderné palivo pomaleji,

Reliktní záření a jeho polarizace. Ústav teoretické fyziky a astrofyziky

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

Elektrodynamika, elektrický proud v polovodičích, elektromagnetické záření, energie a její přeměny, astronomie

Radiační zátěž na palubách letadel

Kroužek pro přírodovědecké talenty I lekce 3 SLUNEČNÍ SOUSTAVA

Kosmické záření o extrémních energiích (Projekt Pierre Auger Observatory) Jiří Grygar, Fyzikální ústav AV ČR, Praha

DUM č. 19 v sadě. 12. Fy-3 Průvodce učitele fyziky pro 4. ročník

Za hranice současné fyziky

TEMATICKÝ PLÁN 6. ročník

Aplikace jaderné fyziky (několik příkladů)

E e = hf -W. Kvantové vysvětlení fotoelektrického jevu. Fotoelektrický jev vysvětlil Einstein pomocí Planckovy kvantové

Zeemanův jev. 1 Úvod (1)

Standardní model částic a jejich interakcí

MENSA GYMNÁZIUM, o.p.s. TEMATICKÉ PLÁNY TEMATICKÝ PLÁN (ŠR 2017/18)

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

Urychlovače na nebi a pod zemí, aneb Velký třesk za všechno může

VYBRANÉ DOSIMETRICKÉ VELIČINY A VZTAHY MEZI NIMI

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

Mechanika a kontinuum NAFY001

Jiří Grygar: Velký třesk za všechno může... 1/ 22

Fotoelektronová spektroskopie Instrumentace. Katedra materiálů TU Liberec

c) vysvětlení jednotlivých veličin ve vztahu pro okamžitou výchylku, jejich jednotky

Profilová část maturitní zkoušky 2017/2018

VY_32_INOVACE_FY.17 JADERNÁ ENERGIE

VY_32_INOVACE_FY.20 VESMÍR II.

Fyzika pro 6.ročník. mezipředmětové vztahy. výstupy okruh učivo dílčí kompetence. poznámky. Ch8 - atom

VY_32_INOVACE_FY.19 VESMÍR

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenografie, RTG prášková difrakce

Čerenkovovo záření. ( Jiří Hrubý, 2. Ročník MTV 2001/2002, PF Č. Budějovice )

Radioaktivní záření, jeho druhy, detekce a základní vlastnosti

Urychlené částice z pohledu sluneční rentgenové emise Elektronová spektra

Transkript:

Kosmické záření Dalibor Nedbal ÚČJF nedbal@ipnp.troja.mff.cuni.cz http://www-ucjf.troja.mff.cuni.cz/~nedbal/cr

Kosmické záření Kontakt: Dalibor Nedbal Ústav částicové a jaderné fyziky (ÚČJF) Troja, A825 nedbal@ipnp.troja.mff.cuni.cz Web: http://www-ucjf.troja.mff.cuni.cz/~nedbal/cr Prezentace, odkazy, skripta

Kosmické záření Literatura S. Rosswog & M. Brueggen, Introduction to High-Energy Astrophysics, Cambridge University Press, 2007 C. Grupen, Astroparticle Physics, Springer-Verlag, 2005 M. Longair, High Energy Astrophysics (Vol. 1, 2), Cambridge University Press, 1992 T. K. Gaisser, Cosmic Ray and Particle Physics, Cambridge University Press, 1990 D. Perkins, Particle Astrophysics, Oxford University Press, 2003 Web M. Kachelriess, Lecture notes on high energy cosmic rays, 2008 Z. Kuncic, Lecture Notes in High Energy Astrophysics

Motivace Co to je kosmické záření (KZ) Vysokoenergetické částice z vesmíru Původem ze Slunce (sluneční vítr) nebo mimo Sluneční soustavu Zde budeme probírat extrasolární KZ

Motivace Proč jej studovat? Jediná hmota z vnějšího vesmíru, kterou umíme chytit Nevysvětlený původ, způsob urychlení a šíření Umožňuje studovat nejenergetičtější procesy ve vesmíru Ovlivňuje počasí a život na Zemi

Přehled přednášky Úvod Historie - Koncepce přednášky jako základ astročásticové fyziky - Alternativní témata vítána -1 sr GeV sec) 2 Flux (m 4 10 2 10 10 10-1 -4-7 10-10 10 2 (1 particle/m -sec) LEAP - satellite Proton - satellite Yakustk - ground array Haverah Park - ground array Akeno - ground array AGASA - ground array Fly s Eye - air fluorescence HiRes1 mono - air fluorescence HiRes2 mono - air fluorescence HiRes Stereo - air fluorescence Auger - hybrid Knee 2 (1 particle/m -year) Fenomenologie -13 10-16 10 Šíření KZ Transport KZ v Galaxii -19 10-22 10-25 10-28 10 9 10 FNAL Tevatron (2 TeV) 10 10 CERN LHC (14 TeV) 11 10 12 10 13 10 Ankle 2 (1 particle/km -year) 14 10 2 (1 particle/km -century) 15 10 16 10 17 10 18 10 19 20 10 10 Energy (ev) Stáří KZ, spektrální index Urychlení Fermiho mechanismus Rázové vlny Supernovy

Přehled přednášky Zářivé procesy Záření pohybující se částice Synchrotronní, brzdné, Čerenkovovo záření Spektrální signatura zdrojů KZ Studium elektromagnetického záření zdrojů KZ Rázové vlny Supernovy

Přehled přednášky Praktické ukázky Hledání článků, zdrojů informací Hledání astrofyzikálních dat Zobrazení dat z různých experimentů a energetických oborů pomocí DS9

Přehled přednášky Centaurus A Radiové záření RTG záření Optické světlo

Přehled přednášky Ilustrační spektrum (ve skutečnosti RGB J0152+017)

Přehled přednášky Interakce KZ Různé druhy interakcí podle energie Greisen Zatsepin Kuzmin limit Produkce VHE gama záření UHECR Nejenergetičtější známé částice Možné způsoby vzniku Detekce

Přehled přednášky Zdroje kosmického záření Supernovy Aktivní galaktická jádra Gama záblesky

Úvod Základy astrofyziky

Jednotky Astronomická jednotka (AU) 1 AU 150 10⁶ km Parsek (pc) typický rozměr v astrofyzice ~ vzdálenost nejbližší hvězdy Proxima Centauri vzdálenost, ze které je astronomická jednotka (AU) vidět pod úhlem 1'' (=1/3600 o ) 1pc = 1AU tan 1 3, 09 10 16 m 3, 26 ly,

Jednotky CGS jednotky často používané Vystačí si s mechanickými jednotkami 1 TeV = 1.602 erg Fyzikální veličina CGS SI Elektrická intenzita, potenciál e. pole E, φ 4πɛ0 (E, φ) Náboj, proud a jejich hustoty q,i,ρ, j ( ) 1/ 4πɛ0 (q, I, ρ, j) Elektrická indukce D 4π/ɛ0 D Magnetická indukce, tok a vekt. potenciál B, φ, A 4π/µ 0 (B, φ, A) Magnetická intenzita H 4πµ0 H Magnetický moment m µ0 /(4π)m B-pole Země ~ 1G B-pole mezihv. ~μg Užitečný vztah: c 0 = 1 ɛ0 µ 0

Naše Galaxie ~10 11 hvězd Složení jádro < 10 pc ~ 2 10⁶ M disk R ~ 15 kpc h ~ 300 pc bulge R ~ 5 kpc halo R < 40 kpc

Atlas vesmíru http://www.atlasoftheuniverse.com/galaxy.html

Atlas vesmíru

Atlas vesmíru

Atlas vesmíru

Historický přehled Úvod

Elektroskop

Elektroskop Vybíjení elektroskopů zbytková ionizace vzduchu Přelom 19.-20. století Roentgen 1895 objev RTG Becquerel 1896 objev radioaktivity objev α, β, γ záření Vybíjení způsobeno radioaktivními prvky v půdě?

Elektroskop

Zdroje přirozené radioaktivity

Elektroskop 1910 Theodor Wulf vyvíjí přesnější elektroskop Neočekávaně malý úbytek ionizace na vrcholu Eiffelovy věže

Objev kosmického záření 1912 Victor Hess - balónové lety z Ústí nad Labem Výška přes 5000 m Nejprve úbytek ionizace Od ~ 700 m ionizace opět roste Nad ~ 1500 m ionizace stejná jako na úrovni Země

Objev kosmického záření Efekt nadmořské výšky Růst ionizace s výškou Zbytková ionizace není pozemského původu Pozorování ve dne i v noci Není způsobena přímým slunečním světlem Implikace existence ionizujícího záření z vesmíru Nobelova cena pro Hesse v r. 1936

20. léta 20. století Otázka charakteru kosmického záření Co jej tvoří Milikan prosazuje γ záření Compton nabité částice

Nabité částice 1927 Pozorovaný efekt geomagnetické šířky (Clay) Vertical rigidity cut-off (VRCO) Ec(λ) = 14,9 cos⁴ λ GeV Ec(50 O ) = 1,1 GeV Výpočet Stoermera

Nabité částice

Polární záře

Nabité částice 1927 Dmitry Skobeltzyn fotografuje první dráhy KZ v mlžné komoře vystavené B-poli Stále je považuje za sekundární částice gama záření

Nabité částice, 1928-1929 Bothe, Kolhoerster 2 Geiger Muellerovy čítače v koincidenci Absorpční vrstva mezi detektory Důkaz korpuskulárního charakteru KZ Koincidence způsobeny sekundárními částicemi Absorpce sek. částic podobná jako absorpce KZ v atmosféře KZ je částicového charakteru A Goldbtoek, Pb Bleiabsehirmnng, Z~Z~ Zahlrohre

Kladně nabité částice 1934 Západovýchodní asymetrie Bruno Rossi *"+! /012.3!"#"$%& '() *4'53,-'.)" 6.#.)"%4 7$58"97.$:" *594B5%4 ;9)53%!"%5<:7=>?4@7:1"A 7$58"97.$:" ;%&B94>"%"$C:"A

Kladně nabité částice Spektrum elektronů KZ

Kaskády částice 1934 Heitlerův model elektromagnetické kaskády Pozorované částice na Zemi jsou sekundárními částicemi z kaskád E 0 E 0 /2 E 0 /4 E 0 /8

Rozsáhlé spršky 1938 P. Auger, B. Rossi koincidence ve vzdálených detektorech První pozorování rozsáhlých spršek částic (Extensive Air Showers - EAS) Spršky o energiích až 10¹⁵ ev 1949 Fermi navrhuje mechanismus urychlení KZ na zmagnetizovaných mračnech mimo sluneční soustavu

Historie KZ 50. léta 20. století Budování urychlovačů Odtržení kosmického záření od částicové fyziky Počátky radioastronomie 60. léta Zprovoznění Haverah Parku EAS experiment spršky až 10 20 ev

Historie KZ 60. léta Počátky RTG astronomie Gama astronomie vojenské satelity Vela detekují první gama záblesky z vesmíru 90. léta Rozvoj EAS experimentů AGASA, Fly s Eye 2004 Zprovoznění experimentu Pierre Auger Observatory Hybridní experiment, největší současný experiment pro KZ

Experimentální studium KZ Mechanismus urychlení Spektrum Chemické složení Anisotropie Vznik KZ Propagace KZ Zdroje KZ

Spektrum KZ

Spektrum KZ Rozsah energií Přes 10 řádů GeV - 10 20 ev Rozsah toků částic Přes 30 řádů Je třeba mnoho různých metod k proměření celku

Spektrum KZ Dolní limit Magnetické pole Země Sluneční vítr Časově proměnná modulace

Spektrum KZ Vliv slunečního větru Antikorelace KZ a sluneční aktivity 1997 2000 2001

Spektrum KZ All-particles J(E) =1.8 E γ 1 cm 2 ssrgev

Spektrum KZ

Spektrum KZ All-particles Komponenty Počátek Koleno 2. koleno Kotník GZK cut-off

Cihly vs. KZ

Cihly vs. KZ Vlastnosti Rozměry 4:2:1 300 x 150 x 75 mm 4,7 kg

Cihly vs. KZ Vlastnosti Rozměry 4:2:1 300 x 150 x 75 mm Pád z 1 m Potenciální energie 47 J 4,7 kg

Cihly vs. KZ Pád z 1 m Potenciální energie 47 J Kosmické záření Energie až 50 J Cihla z částic o 50 J by měla energii 10²⁹ J Výkon Slunce ~ 4 10²⁶ W

Spektrum KZ