Studiul razelor cosmice este extrem de important pentru a înțelege Universul. Un nou experiment în Tibet, LHAASO, a măsurat raze gamma cu energii extreme, înainte de finalizarea construcției acestuia. Speranța cercetătorilor este de a înțelege mai bine cum evoluează stelele, cum iau naștere razele cosmice cu energii extreme și cum se produc elementele chimice: care este fabrica acestora? 

LHAASO în Tibet

La circa 4.400 metri altitudine în Tibet un nou experiment este în pregătire; este vorba despre un experiment care are obiectivul ambițios de a măsura raze cosmice cu energii extreme – cele mai mari măsurate vreodată. Când va fi finalizat experimentul Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) se va extinde pe o suprafață de circa 1 km pătrat conținând detectoare de fotoni, muoni și așa-numite telescoape Cherenkov, care măsoară lumina generată de particulele care au viteză mai mare ca a luminii în mediul respectiv. Este un experiment extrem de ambițios și care, chiar dacă nu este încă completat, a reușit din 2019 să facă măsurători extrem de interesante. Practic, LHAASO măsoară așa-numitele cascade produse în atmosferă de razele cosmice cu energii extreme.

Razele cosmice 

Razele cosmice au fost descoperite la începutul secolului trecut și de atunci nu au încetat să uimească comunitatea științifică. Reprezintă particule sau fotoni care ajung pe Pământ din Univers: din galaxia noastră sau din afara galaxiei. În mare parte sunt compuse din protoni. Există însă și fotoni cu energii care pot ajunge la valori extrem de mari – energii pe care încă nu am reușit să le reproducem la acceleratoarele noastre – nici măcar la marele accelerator de particule LHC de la CERN, Geneva. Razele cosmice pot avea energii de zeci de mii de ori mai mari ca protonii de la LHC. Când ajung în atmosfera terestră razele cosmice dau naștere unor adevărate cascade de particule: o interacțiune primară cu un nucleu în atmosferă dă naștere unor particule secundare cu energii mari care la rândul lor interacționează cu alte nuclee dând naștere altor particule și tot așa până când se pot forma mii de particule în final. Acestea ajung pe Pământ și dacă le putem măsura putem identifica direcția razei cosmice inițiale și energia acesteia. 

Ce a măsurat deja LHAASO? 

Chiar dacă LHAASO nu este încă finalizat, cercetătorii care lucrează în acest proiect au reușit să măsoare 530 raze gamma – adică fotoni cu energii foarte mari – care provin de la 12 surse din galaxia noastră. Acești fotoni cu energii extrem de mari provin de exemplu de la surse din Cygnus Cocoon și de la norul interstelar din Nebuloasa Crabului. Acest gen de raze gamma se pot formă atunci când stelele masive ajung la finalul vieții lor și explodează – acest gen de procese pot genera în 10 secunde o energie mai mare decât cea generată de Soarele nostru în 10 miliarde de ani de viață. Razele cosmice ne pot da informații despre aceste procese care generează inclusiv elemente chimice grele – precum aurul. Cum iau naștere elementele chimice mai grele decât fierul nu este încă complet elucidat. Se crede că parte din acestea ar lua naștere în urma reacțiilor nucleare la energiile extreme care se produc în explozia acestor stele masive care generează inclusiv raze gamma cu energii incredibil de mari. Rezultatele studiului celor 12 surse de raze gamma cu LHAASO au fost recent publicate într-un articol în revista Nature.

Nu doar LHAASO

La ora actuală există mai multe detectoare de particule, atât pe Pământ, inclusiv în gheața din Antarctica, cât și pe sateliți, care studiază razele cosmice, cu obiectivul de a identifica sursele acestora și a înțelege mai bine cum evoluează stelele și Universul. Am putea avea chiar și surprize, atât din studiul razelor cosmice din galaxia noastră cât și a celor care provin de la distanțe mult mai mari.

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe