Триллионы космических частиц проходят сквозь нас каждую секунду

Каждую секунду через тело человека проходят триллионы элементарных частиц из глубокого космоса. Большинство из них остаются незаметными, однако их поток позволяет физикам изучать процессы, происходящие в центрах галактик и при коллапсе звезд.

Фото: NewsInfo.Ru by Алексей Морозов, https://creativecommons.org/public-domain/pdm/

Кварк-глюонная плазма

Призрачные нейтрино

Основную массу космического потока составляют нейтрино. По оценкам физиков, каждую секунду через каждого из нас проходят около 100 триллионов этих частиц. Нейтрино рождаются в результате ядерных реакций: большинство из них прилетает от Солнца, часть — из далеких галактик.

Эти частицы называют "призрачными", так как они практически не имеют массы и не обладают электрическим зарядом. Из-за этого нейтрино почти не взаимодействуют с обычной материей, пролетая сквозь людей и всю планету Земля, не оставляя следов. Вероятность того, что нейтрино вступит в реакцию с атомом в теле человека, крайне мала — за всю жизнь это может произойти лишь несколько раз, что не оказывает никакого влияния на здоровье.

Учёный-физик Дмитрий Лапшин поясняет, что именно отсутствие заряда делает нейтрино идеальными "посланниками" из космоса. Поскольку они не застревают в плотных областях вещества, через которые не может пройти даже свет, нейтрино приносят информацию напрямую из самых экстремальных точек Вселенной, например, из окрестностей черных дыр.

Космические лучи и мюоны

Помимо нейтрино, Землю бомбардируют космические лучи — высокоэнергетические заряженные частицы (преимущественно протоны и ядра тяжелых элементов), движущиеся почти со скоростью света. В отличие от нейтрино, они возникают при взрывах сверхновых или столкновениях галактик.

Атмосфера Земли служит щитом, блокируя большинство этих частиц. Однако при столкновении с молекулами воздуха космические лучи создают "ливни" вторичных частиц, которые долетают до поверхности. Одними из них являются мюоны — частицы, похожие на электроны, но в 200 раз массивнее.

Поток мюонов значительно меньше потока нейтрино: через тело человека каждую секунду проходят от десятков до сотен таких частиц, а через ладонь — одна или две. В отличие от нейтрино, мюоны имеют электрический заряд, что позволяет фиксировать их путь в специальных камерах с паром.

Как считают частицы

Поскольку большинство частиц проходят сквозь нас незамеченными, ученые используют метод обратного расчета. Они фиксируют лишь малую долю частиц, которые случайно сталкиваются с веществом внутри огромных детекторов.

Примером служит обсерватория IceCube в Антарктиде. Она представляет собой кубический километр льда, оснащенный тысячами датчиков света. Когда нейтрино сталкивается с ядром атома в толще льда, возникает вспышка голубого черенковского излучения. Анализируя яркость и направление этого света, исследователи определяют энергию частицы. Зная размер детектора и вероятность взаимодействия, физики вычисляют общее количество частиц, проходящих через пространство.

Общий вклад космического излучения в годовую дозу облучения среднего человека составляет около 0,4 миллизиверта, что сопоставимо с несколькими рентгеновскими снимками грудной клетки за год. Это значение считается безопасным, так как жизнь на Земле развивалась в таких условиях с самого начала.

Текущие данные позволяют точно оценить плотность потоков нейтрино и мюонов, но вопрос о влиянии более редких и высокоэнергетических частиц на биологические системы при длительных перелетах на большие высоты остается актуальным для дальнейших исследований.