Предел Грайзена — Зацепина — Кузьмина (предел ГЗК, реликтовое (или чернотельное) обрезание спектра в области предельно высоких энергий , GZK-эффект, англ. G reisen – Z atsepin – K uzmin limit , GZK limit ) — это теоретический верхний предел энергии космических лучей от отдалённых источников.

Предел был вычислен в 1966 году Георгием Зацепиным и Вадимом Кузьминым , и независимо Кеннетом Грайзеном . Ограничение связано с взаимодействием частиц с фотонами реликтового (фонового) микроволнового излучения . Было предсказано, что протоны с энергией выше 5⋅10 ¹⁹ эВ (50 эксаэлектронвольт ) взаимодействуют с фотонами, рождая пионы , пока их энергия не упадёт ниже указанного порога.

${\displaystyle \gamma +p\rightarrow \Delta ^{+}\rightarrow p+\pi ^{0}}$

или

${\displaystyle \gamma +p\rightarrow \Delta ^{+}\rightarrow n+\pi ^{+}}$

Средняя дистанция гашения энергии частиц — 50 М пк , а так как в этих пределах нет никаких источников космических лучей таких высоких энергий, подобные частицы наблюдаться не должны.

Парадокс ГЗК

Наблюдения, проведённые во время эксперимента AGASA , показали, что Земли достигают лучи, энергия которых превышает установленный предел. Эти лучи называют частицами сверхвысоких, или предельно высоких энергий . Существование таких частиц называют парадоксом ГЗК . Было предложено множество предположений для решения этой проблемы:

• результаты наблюдений были неправильно интерпретированы;
• существуют источники излучения ближе 50 М пк (хотя такие источники обнаружены не были);
• тяжёлые ядра могут преодолеть предел ГЗК;
• частицы, слабо взаимодействующие с веществом (например, нейтрино ), могут преодолеть этот предел.

Теории для объяснения парадокса ГЗК

Наиболее интересная и значительная из них — дважды специальная теория относительности , однако, судя по последним исследованиям, из неё также следует аналогичный парадокс .

Факты, не подтверждающие наличие парадокса

В июле 2007 года , во время 30-й Международной конференции, посвящённой космическим лучам, в Мериде , Мексика, представили свои результаты относительно космических лучей ультравысоких энергий. HiRes наблюдали подавление в спектре космических лучей ультравысоких энергий только в предсказанной области, наблюдая только 13 событий с энергией выше порога, при ожидаемых 43 без подавления. Этот результат был опубликован Physical Review Letters , это первое наблюдение, отрицающее наличие парадокса ГЗК. подтвердила этот результат: вместо 30 событий, необходимых, чтобы подтвердить результаты AGASA, наблюдались только 2 события. Кроме того, в угловом распределении 27 самых высокоэнергетичных событий (с энергией больше 5,7⋅10 ¹⁹ эВ) наблюдалась ярко выраженная анизотропия, которая хорошо коррелировала в большинстве случаев (в 20 из 27) с направлениями на активные ядра соседних галактик , вроде Центавра A .

Результаты наблюдений ( Pierre Auger Observatory ) вплоть до конца марта 2009 года, опубликованные в 2012 году, подтвердили существование завала спектра космических лучей в области эффекта ГЗК для протонов и более тяжёлых частиц, на уровне значимости более 20 σ .

См. также

• Физика высоких энергий

Примечания

Ссылки

• В. А. Кузьмин . Космические лучи сверхвысоких энергий : / Мечтаю работать с Георгием Тимофеевичем Зацепиным ещё долгие годы… — М. : Изд-во МГУ , 1997