SLAC科学家创造了人造宇宙射线空气淋浴器

研究员康斯坦丁·贝洛夫（Konstantin Belov）（右）和基思·贝奇托尔（Keith Bechtol）观察将模仿地球磁场的电磁线圈。（布莱恩·劳赫）

SLAC国家加速器实验室的研究人员将进行一项实验，该实验模仿当高能粒子撞击我们的大气时发生的情况。

在SLAC测试设备中，科学家们为进行实验奠定了基础，该实验模仿了令人难以置信的高能粒子撞击我们的大气时发生的情况。参与者包括实验室历史悠久的线性加速器，由3,000磅的白色塑料块制成的13英尺长的3D拼图游戏，曾经漂浮在南极洲上的巨型无线电天线和强大的电磁线圈，其中两个最近被制成了浮雕出现在“大爆炸理论”上。

尽管该实验是“南极脉冲瞬变天线”项目ANITA的一部分，该项目自2006年以来就一直将气球载仪器送入高空，但该结果可能会使其他许多实验受益。

加州大学洛杉矶分校的研究物理学家，SLAC实验的首席研究员康斯坦丁·贝洛夫（Konstantin Belov）说：“我们正在寻找负责探测到的最有活力的粒子的宇宙粒子加速器。”这些被称为超高能宇宙射线的微小粒子起源于我们银河系的边界之外，但它们可以并且已经击中地球大气层，其能量相当于以60 mph的速度运动的棒球。

“这些粒子比人类制造的加速器中产生的任何粒子都要强大得多，”贝洛夫说。“而且，由于它们太强大了，无法被它们所穿过的任何星系甚至星系团的磁场所偏转，因此它们应直接指向其起源。”他说，这可能是原始星系中心的一个巨大黑洞，或者是一个更奇特的现象，例如磁单极子或宇宙弦。

天线位于背景中，该天线将检测在存在磁场的情况下进入塑料靶（前景）的电子释放的无线电脉冲。（布莱恩·劳赫）

设置场景

这不是SLAC首次在ANITA中发挥作用– 2006年，SLAC和ANITA科学家使用10吨重的冰块制作了一个迷你南极洲，这使他们能够验证所探测到的信号是否能够被发现，以及他们的天线可以胜任。

这次，研究人员正在模拟当超高能宇宙射线粒子撞击到高层大气，与随机的空气分子碰撞并产生“空气喷淋”时发生的情况–一系列的次级粒子和不同类型的辐射冲向地面。

在2006年和2008年进入高层大气之前，ANITA一直在寻找一种特殊类型的超高能粒子：中微子。但是，中微子不是唯一可能的罪魁祸首。许多其他类型的粒子可能是这些强力射线的核心，包括质子，较重的原子核甚至是光子。这是研究人员试图解决的谜团之一。

现在，该团队正提议通过使用淋浴器发出的无线电波来扩大其网络，以重建倾泻到大气中的粒子淋浴器。

演职人员

不过，贝洛夫说，首先，他们需要检查计算机模拟背后的科学模型，这些模型可以预测花洒应该发射的无线电脉冲，并确保它们与观测结果一致。

SLAC终端站测试束装置中就是磁铁，塑料块，无线电天线和加速电子的引入之处。研究人员正在使用它们来创建人造风淋，可以将其与根据其理论模型构建的模拟风淋进行比较。

在直线加速器中加速到高速的电子在空气淋浴器中起次级粒子的作用。塑料块是地球大气层的替身，一系列电磁线圈模拟了地球的磁场。

当电子在此磁场中撞击塑料时，它们会发出无线电波，该无线电波由位于远端壁上几英尺远的天线测量到。

贝尔洛夫说，到目前为止，结果看起来不错，他们正在按照理论模型检测无线电波。他说，他感谢工作人员物理学家和加速器操作员所表现出的辛勤工作和热情，他们将设备变成了这次不寻常的实验。

他说：“当打开磁铁时，我们看到了一个漂亮的信号，与我们的预期完全吻合。这不仅限于ANITA。基于地面的无线电探测器阵列也可以利用它来研究超高能粒子。”

恒星表现

贝洛夫警告说，在研究人员能够使用无线电波完全绘制风淋之前，还有很多工作要做，但是他们已经有了一个很好的开始，他希望预定在下一个南极夏季进行的ANITA飞行可以利用方法。

他说，实际上，SLAC的团队尚未完成实验中最困难的部分。

他说：“我们需要找到足够的人来把这一切分开。”贝洛夫（Belov）知道，直到登上舞台，表演才算真正结束。

图片：布莱恩·劳赫（Brian Rauch）