---

Samo jedan jedini proton koji dolazi odnekud iz svemira, sa tako velikom energijom kao što je 100 miliona teraelektronvolti, svojim sudarima sa atomima u stratosferi izaziva pljusak od milion sekundardnih čestica koje se na putu do tla rasprostiru u širinu od nekoliko kilometara

Ultrabrzi proton iz dubokog svemira kreće se ka stratosferi planete Zemlje. U razređenom gasu na visini 50 kilometara od tla, ovde atomi kiseonika i azota nehajno zuje na temperaturi nižoj od nule. Okolni vazduh je sve ređi, a iznad njega se prostire nepregledno prostranstvo svemira. Ovaj tihi pojas atmosfere je barijera koja deli planetu od kosmosa. Međutim, zajedno sa ovim brzim protonom, odande, iz ko zna kakvih dubina, neprekidno dopire sva sila kosmičkog zračenja – pravi pljusak protona koji udaraju u planetu sa svih strana.

U samo jedan kvadratni centimetar atmosfere, za samo jednu sekundu, u proseku udari čak 20 protona koji stižu iz svemira. Neki od ovih protona imaju energiju koja je čak 10 miliona puta veća od energije koju dostižu snopovi protona ubrzani na Velikom sudaraču hadrona u CERN-u, najmoćnijoj mašini koju je čovek napravio. Energija takvog kosmičkog zračenja može da dostigne i 100 miliona teraelektronvolti.

Međutim, ovi vreli protoni ne padaju na tlo. Oni snažno udaraju u atome kiseonika i azota čime izazivaju čitav niz procesa koji kasnije imaju velike posledice po život i okolnosti na Zemlji. Udari protona u atome prave seriju novih sudara. I novih čestica. U takvoj kaskadi nastaju nove brze čestice kao što su mioni, pioni i pozitroni, koje zatim udaraju u nove atome i stvaraju još novih čestica. Samo jedan jedini proton, pomenut na početku teksta, sa tako velikom energijom kao što je 100 miliona teraelektronvolti u stratosferi svojim sudarima izaziva pljusak od milion sekundardnih čestica koje se rasprostiru u širinu od nekoliko kilometara.

Samo primarno zračenje padajući nadole gubi na snazi. Za razliku od dvadeset čestica u sekundi na vrhu atmosfere, na tlo na nivou mora sleti svega jedna čestica u minutu. Inače, na zemlju, pored kosmičkog zračenja dolaze i čestice poznate kao neutrina. Neki od njih nastaju u nuklearnim procesima u kojima kosmičko zračenje kidajući jezgra proizvodi radioaktivne izotope koji se potom spuštaju na tlo. No, neka neutrina dolaze i direktno iz svemira – to su uglavnom sunčeva neutrina koja, pošto su neutrina, nemaju naelektrisanje i izuzetno su lagana, prolaze ne samo kroz atmosferu nego i kroz koru Zemlje. Ovakva neutrina se ustaljeno ne smatraju za kosmičko zračenje.

Kosmičko zračenje dolazi sa mnogo veće dubine. No, odakle su ovi protoni? Kako su nastali i zašto imaju tako visoke energije? Pun vek nakon otkrića kosmičkog zračenja, u doba kad se u CERN-u protoni ubrzavaju do neslućenih energija, kad ne samo da ih sa lakoćom lovimo u detektorima, nego i kreiramo nekada nepoznate čestice kao što su mioni i pozitroni, i dalje jedva da išta znamo o tome odakle ono dolazi.

LET BALONOM: Kosmičko zračenje je otkriveno pre jednog punog veka, 1912. godine, u seriji hazardnih ogleda koji se mogu čak uporediti sa današnjim podvigom Feliksa Baumgartnera. Austrijski fizičar Viktor Hes (1883–1964) načinio je tokom te i prethodne godine čak deset poletanja balonom do ogromnih visina, kako bi pokušao da odgonetne poreklo misteriozne radijacije koju su tih godina zapazili francuski naučnici. Još od 1896, otkako je otkrivena prirodna radioaktivnost, veliki broj fizičara se posvetio eksperimentima sa ovom misterioznom pojavom.

Fizičare je posebno zbunjivalo sveopšte prisustvo radijacije u okruženju, koje se moglo detektovati i tadašnjim primitivnim instrumentima i koje nije uopšte zavisilo od toga ima li ili nema radioaktivnog izvora. Vršena su merenja čak i na otvorenom moru i pokazalo se da radijacija dopire čak i tamo, mada radioaktivnih izvora nema miljama u okolini. I onda se 1910. nemački fizičar i jezuita Teodor Vulf (1868–1946) popeo čak i na vrh Ajfelovog tornja da izmeri ima li na njegovom vrhu radijacije. Pokazalo se da je na visini od 330 metara i te kako ima i uz to – da je većeg intenziteta. Nakon toga će Vulf čak zaključiti da je ova radijacija verovatno još jača na većim visinama.

Sledeći ovu zamisao, Viktor Hes će započeti svoje eksperimente balonom i popeti se na za to doba ogromne visine. Na nižim visinama Hesovi instrumenti će pokazivati da zračenje opada kako se penje. Međutim, na oko 1000 metara, Hes će uočiti da se situacija menja i da intenzitet tog zračenja postaje sve jači. I potom još jači. U jednom od svojih deset hrabrih poduhvata, Hes će se popeti do visine od 5000 metara. Instrumenti će mu ovde pokazati da je intenzitet zračenja čak pet puta veći nego na tlu.

Shvativši da to zračenje očigledno dolazi odozgo, Hes će zaključiti da je reč o zračenju koje u atmosferu dolazi iz svemira. Nakon objavljivanja Hesovog rada u žurnalu Austrijske akademije nauka, postaće jasno da Zemlju neprekidno zasipaju neobične čestice visoke energije, ali će ovo otkriće biti i kritikovano. Američki ugledni fizičar Robert Miliken (1868–1953), poznat po eksperimentu kojim je pokazao da je naelektrisanje elektrona negativno, pokušaće da ospori Hesove nalaze, ali će nakon sopstvenih merenja zaključiti da čudnovato zračenje zaista postoji. Miliken će mu 1925. godine i dati naziv "kosmičko zračenje", koji od tada postaje rasprostranjen.

Kako bi ga što preciznije izmerio, Miliken konstruiše elektrometar čija se očitavanja mogu snimiti na filmu, tako da šalje u visinu bespilotne balone i njima meri intenzitet zračenja. To mu omogućuje da izvrši veliki broj merenja, tako da MIliken čak počinje da tvrdi kako je on zaslužan za samo otkriće. No, eventualna nepravda će biti sasvim otklonjena već 1936. kada Viktor Hes dobija Nobelovu nagradu za otkriće kosmičkog zračenja. Ironijom, Hes dve godine kasnije napušta Austriju, gde zbog narastajućeg nacizma ne može da ostane sa svojom suprugom jevrejskog porekla, tako da se seli u Ameriku.

TRAGOVI U PARI: U međuvremenu, jedan sovjetski naučnik još 1927. dolazi do sasvim novog načina lova na kosmičko zračenje – Dimitrij Skobelcin (1892–1990) eksperimentiše sa mehurastim komorama u kojima, u pari koja samo što nije proključala, posmatra tragove od mehurića koji nastaju pri prolasku elementarnih čestica. On posmatra elektrone i druge čestice, postavljajući temelje onog što će fizičari snimati decenijama potom na deteketorima akceleratora. Međutim, začudna stvar koju primećuje kad uključi magnetno polje u komori jesu tragovi koji gotovo ravno prolaze kroz nju – to su prvi snimljeni tragovi kosmičkog zračenja velike energije.

Vremenom će zahvaljujući kosmičkom zračenju, fizičari otkriti čitav niz čestica koje nastaju u pljusku nakon sudara visokoenergetskih protona – Anderson 1931. otkriva pozitrone, pozitivne antičestice elektronu, a sa godinama se fizika visokih energija sve više razvija, počinju da se snimaju i mioni, koji se najčešće detektuju u sekundarnom pljusku nastalom udarom kosmičkog zračenja u atmosferske atome.

Danas se za lov na kosmičko zračenje koristi sijaset detektora, ali svakako je najpoznatiji podzemni IceCube detektor, koji je zakopan ispod leda na Antarktiku, a počeo je sa radom 2010. godine. Ovaj detektor se sastoji od brojnih struna koje su ukopane u led na dubinama od 1500 do 2500 metara. U međuvremenu, ljudi već decenijama koriste ne samo detektore čestice već i veštačke ubrzivače čestica koji tokom XX veka postaju sve veći i veći, sve do izgradnje LHC-a, na kome se takođe od 2010. dostižu energije uporedive sa kosmičkim zračenjem.

Međutim, glavna tajna kosmičkog zračenja ostaje neodgonetnuta. Odakle ono dolazi? Zašto se javlja u celom univerzumu i može li se snimiti na svakom deliću neba? Koliko je staro? Zašto ima tako visoke energije? Budući da je kosmos ispunjen fotonima svetlosti, prema teorijskom modelu koju su postavili Grejsen, Zacepin i Kuzmin, protoni tako visoke energije ne bi mogli da pređu više od 150 miliona svetlosnih godina, a da ne interaguju sa fotonima. To znači da bi kad stignu na zemlju smeli da imaju energiju od samo 50 miliona teraelektronvolti, ali detektori, kao što je pomenuto, beleže i zračenje od 100 miliona TeVa.

Uz to, poreklo ovih zraka je jedna od najvećih misterija savremene nauke. Nekoliko teorija nema pouzdanu potvrdu, kao što je ideja o velikim udarima gama zraka nastalih u sudarima u međugalaktičkom prostoru. Ona po svemu sudeći nije održiva, pošto detektori kao što je IceCube ne mogu da ulove nijedan neutrino visoke energije koji bi morao da prati takve izlive gama zraka. Pored toga, razmatra se i mogućnost da je najsnažnije kosmičko zračenje poteklo od superteških crnih rupa iz centra galaksije.

 

POŠALJI KOMENTAR REDAKCIJI		ODŠTAMPAJ TEKST

---