پرتو کیهانی

پرتوهای کیهانی ذرات بارداری هستند که در درون اجرام آسمانی تولید می شوند و شتاب می گیرند و به فضای کیهان پرتاب می شوند. برخی از این ذرات سرگردان در کیهان به زمین می رسند و وارد جو زمین می شوند. پس از ورود ذرات کیهانی به داخل جو زمین معمولاً با مولکولهای اتمسفر برخورد می کنند. در اثر این برخوردها ممکن است مولکول هوا چندپاره شود، یا ذرات دیگری مانند فوتون ها، الکترون ها و پوزیترونها تولید شوند. خود ذرات ایجاد شده ممکن است در اثر برخوردهای بعدی، ذرات بیشتری را تولید کنند. به مجموعه ذراتی که در داخل جو زمین ایجاد می شوند ذرات ثانویه گفته می شود. از آنجایی که که تولید ذرات ثانویه از ذره کیهانی اولیه شبیه فرایند تولید بهمن می باشد، ذرات ثانویه را بهمن های هوایی گسترده و گاهی به اختصار بهمن های هوایی می نامند. در میان ذرات بهمن های هوایی گاهی ذرات کمتر شناخته شده ای مانند مزون های پی و میون ها یافت می شوند.
این پرتوها که شامل الکترون و هسته های کاملاً یونیزهٔ اتم است، از تمام راستاها به مقدار برابر دریافت می شود. راستای ورود، سرچشمهٔ آن ها را روشن نمی کند، چرا که پرتوهای کیهانی ذراتی باردار هستند؛ از این رو در زمان حرکت از میان میدان های مغناطیسی راه شیری، مسیر آن ها پیوسته تغییر می کند. انرژی بالای پرتوهای کیهانی نشان دهندهٔ آن است که آن ها باید در فرایندهای پرانرژی، مانند انفجارهای ابرنواختری، به وجود آمده باشند. پروتون با حدود ۹۰٪ و هستهٔ هلیوم با ۱۰٪ بیش ترین سهم را در این پرتوها دارند. البته مقدار اندکی هسته های سنگین تر نیز یافت می شود که انرژی آن ها بین 10 8 تا 10 20 eV است. از برخورد پرتوهای پرانرژی کیهانی و مولکول های جو، تابش ثانویه پدید می آید. این تابش را می توان از روی زمین رصد کرد، در حالی که برای مشاهدهٔ مستقیم پرتوهای کیهانی باید از جو خارج شد. آشکارسازهای مورد استفاده برای رصد پرتو کیهانی شبیه به آن هایی است که در فیزیک ذرات به کار می رود. با توجه به اینکه ذرات در شتاب دهنده های زمینی حداکثر به انرژی 10 12 eV می رسند، پرتوهای کیهانی یک آزمایشگاه طبیعی عالی در پیش روی فیزیک ذرات قرار می دهند. بسیاری از ماهواره ها و فضاپیماها مجهز به آشکارسازهای پرتو کیهانی هستند. [ ۱]
در سال ۱۹۱۲ ویکتور هس فیزیکدان اتریشی به دنبال حل معمای کم شدن بار اجسام باردار الکتروسکوپ هایی را در نقاط مختلف زمین نصب کرد و از تغییر میزان شدت کاهش بار نتیجه گرفت منشأ پرتوهای باردار خارج از زمین است. در سال ۱۹۲۶ رابرت میلیکان به آن نام پرتو کیهانی را داد و به ویکتور هس به کشف پرتوهای کیهانی در سال ۱۹۳۶ جایزه نوبل فیزیک رسید. [ ۲]