Language
Country/Area
No result found
Bí ẩn của tia vũ trụ: Chúng di chuyển xuyên không gian như thế nào?
Trong vũ trụ bao la, vô số hạt bí ẩn lặng lẽ xuyên qua không gian và đến Trái Đất. Những hạt này được gọi là tia vũ trụ. Tia vũ trụ là các hạt hoặc cụm hạt năng lượng cao, chủ yếu bao gồm các proton hoặc hạt nhân nguyên tử, di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Nguồn gốc của chúng xuất hiện khắp Mặt Trời, bên ngoài thiên hà của chúng ta và ở những thiên hà xa hơn. Khi tia vũ trụ va vào bầu khí quyển của Trái Đất, chúng tạo ra một loạt các hạt thứ cấp, một số trong đó có thể chạm tới bề mặt, mặc dù phần lớn bị từ trường hoặc nhật quyển của Trái Đất làm chệch hướng trước khi đi vào mặt đất.
Việc phát hiện ra tia vũ trụ bắt đầu vào năm 1912, khi Victor Hess thực hiện thí nghiệm khinh khí cầu, nhờ đó ông đã được trao giải Nobel Vật lý năm 1936.
Thành phần và tính chất của tia vũ trụ
Khoảng 99% tia vũ trụ sơ cấp là hạt nhân trần, nghĩa là chúng không có lớp vỏ electron. Các tia vũ trụ chính này chủ yếu bao gồm các proton (khoảng 90%), các hạt alpha của hạt nhân heli (khoảng 9%) và hạt nhân của các nguyên tố nặng khác (khoảng 1%). Sau khi va chạm với khí quyển, các tia vũ trụ có thể nhanh chóng tạo ra một số lượng lớn các hạt thứ cấp như gluon, muon và neutrino. Đặc biệt ở độ cao thấp hơn, hàm lượng neutron trong tia vũ trụ có thể đạt tới 40% đến 80%. Điều đáng chú ý là muon có thể xuyên qua bầu khí quyển trực tiếp xuống mặt đất, khiến hiệu ứng ion hóa của chúng lên bầu khí quyển mặt đất trở thành một manh mối quan trọng để các nhà khoa học theo dõi các tia vũ trụ.
Năng lượng của tia vũ trụ
Phạm vi năng lượng của các tia vũ trụ cực kỳ rộng, với các tia vũ trụ năng lượng cực cao nhất đạt tới năng lượng 3 × 10^20 eV, cao hơn 210.000 lần so với năng lượng của các hạt được tăng tốc bởi Máy va chạm Hadron lớn . Các tia vũ trụ năng lượng cao này chủ yếu đến từ các nhân thiên hà hoạt động và các vụ nổ siêu tân tinh, nhưng năng lượng của hầu hết các tia vũ trụ phân bố quanh mức 300 MeV và cơ chế hình thành các nguồn năng lượng này vẫn là chủ đề nóng trong nghiên cứu vật lý hiện nay.
Lịch sử của tia vũ trụ
Lịch sử của tia vũ trụ bắt đầu từ đầu thế kỷ 20, khi Henri Bacone phát hiện ra hiện tượng phóng xạ. Khi các nhà khoa học đo tốc độ ion hóa ở các độ cao khác nhau, họ dần phát hiện ra rằng tốc độ ion hóa trong khí quyển tăng theo độ cao, điều này tạo điều kiện thuận lợi cho khám phá của Hess. Năm 1912, ông đã tiến hành thí nghiệm sử dụng một khinh khí cầu mang theo máy ion hóa cải tiến và phát hiện ra rằng cường độ bức xạ ở độ cao lớn cao hơn đáng kể so với trên mặt đất. Khám phá này đã thay đổi hoàn toàn hiểu biết của con người về tia vũ trụ và đặt nền tảng cho các nghiên cứu sau này.
Nguồn gốc của tia vũ trụ
Nguồn gốc của tia vũ trụ vẫn là một trong những trọng tâm nghiên cứu của các nhà khoa học. Các giả thuyết ban đầu bao gồm nhiều nguồn có thể, bao gồm siêu tân tinh, nhân thiên hà hoạt động, sao quasar và vụ nổ tia gamma. Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã đạt được tiến bộ đáng kể trong việc hiểu biết về những nguồn này. Năm 2013, nghiên cứu cho thấy siêu tân tinh là nguồn phát ra tia vũ trụ quan trọng, mỗi vụ nổ tạo ra lượng tia vũ trụ tương đương từ 3 × 10^42 đến 3 × 10^43 joule. Tuy nhiên, tỷ lệ nguồn thực sự vẫn cần được khám phá và thử nghiệm thêm.
Các loại tia vũ trụ
Dựa trên nguồn gốc, tia vũ trụ có thể được chia thành hai loại chính: tia vũ trụ thiên hà và tia vũ trụ siêu thiên hà. Hầu hết các tia vũ trụ tồn tại dưới dạng tia vũ trụ nguyên thủy, các hạt có nguồn gốc chủ yếu từ nhiều quá trình vật lý thiên văn khác nhau. Sau khi tương tác với bầu khí quyển của Trái Đất, các hạt thứ cấp như photon, hadron và lepton được tạo ra. Các hạt thứ cấp này, như các nhánh của tia vũ trụ, làm phong phú thêm cấu trúc của tia vũ trụ.
Nghiên cứu về vũ trụ học giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các hạt bí ẩn này như thế nào?
