# Загадка частицы Аматэрасу: почему космические лучи нарушают законы физики Источник: https://www.youtube.com/watch?v=OWCl7kAtoI0 Канал: Event Horizon Опубликовано: 08.03.2024 --- В октябре 1991 года и мае 2021 года учёные зафиксировали космические лучи беспрецедентной энергии, происхождение которых бросает вызов современной астрофизике. Исследователи Джон Мэттьюс и Тосихиро Фудзи обсуждают природу частицы Аматэрасу, её связь с «пустотой» локального войда и технологии, позволяющие ловить эти редчайшие сигналы из глубин космоса. ## 🌌 Частица Аматэрасу: энергия за пределами возможного [[JUMP:01:13]] Наука часто сталкивается с неожиданностями, но обнаружение частиц сверхвысоких энергий (UHECR) стало настоящим потрясением. История началась 15 октября 1991 года, когда детектор «Глаз мухи» (Fly's Eye) в Юте зафиксировал космический луч с энергией, в три раза превышающей любые теоретические пределы [01:28]. Эту частицу назвали «Oh-My-God» (О мой бог). Её энергия была сопоставима с энергией бейсбольного мяча, летящего со скоростью 90 миль в час, но упакованной в один-единственный протон [01:41]. 27 мая 2021 года Тосихиро Фудзи обнаружил вторую по мощности частицу за всю историю наблюдений — Аматэрасу [10:22]. Основные характеристики Аматэрасу: * Энергия: 2,4 x 10²⁰ электронвольт (эВ) [10:34]. * Скорость: 99,99...% (всего 23 девятки после запятой) от скорости света [12:08]. * Происхождение: Направление локального войда (местной пустоты), где нет известных мощных астрофизических объектов [16:13]. По словам Тосихиро Фудзи, сначала он принял эти данные за ошибку в расчётах, но детальная проверка подтвердила реальность события [11:00]. Джон Мэттьюс отмечает, что такие частицы нарушают предел Грайзена-Зацепина-Кузьмина (ГЗК). Согласно теории, частицы с энергией выше 10¹⁹⁶ эВ должны терять энергию, взаимодействуя с реликтовым излучением Большого взрыва при путешествии через межгалактическое пространство [09:43]. Это означает, что источник Аматэрасу должен находиться относительно близко к Земле, но в том направлении, откуда она пришла, ничего нет [02:59]. ## 📡 Как «поймать» частицу: методы детектирования [[JUMP:06:23]] Космические лучи невозможно увидеть напрямую, поэтому учёные используют атмосферу Земли как гигантский детектор. Джон Мэттьюс описывает два основных способа фиксации этих событий [06:37]: 1. **Наземные сцинтилляционные детекторы.** Когда первичная частица врезается в атмосферу, она разбивает ядра кислорода или азота, создавая каскад из миллиардов вторичных частиц (широкий атмосферный ливень). Проект Telescope Array использует более 500 пластиковых детекторов, разбросанных на площади 700 кв. км в Юте [07:17]. 2. **Флуоресцентные телескопы.** Проходя через воздух, заряженные частицы возбуждают молекулы азота, которые при переходе в основное состояние излучают ультрафиолетовый свет. Телескопы фиксируют этот «трек» [07:45]. Трудность заключается в том, что флуоресцентные телескопы крайне чувствительны — они ищут свет, эквивалентный лампочке в 100 ватт, движущейся со скоростью света [08:49]. Из-за этого они могут работать только в безлунные ясные ночи, что составляет около 10% общего времени [09:03]. Наземные детекторы, напротив, работают круглосуточно [08:37]. ## 🔭 Загадка локального войда и гипотезы происхождения [[JUMP:15:48]] Главная проблема Аматэрасу заключается в её траектории. В отличие от низкоэнергетических лучей, которые искривляются магнитными полями, частицы такой мощности должны лететь практически по прямой [29:29]. Тосихиро Фудзи подчеркивает парадокс: траектория частицы указывает на Локальный войд — область космоса, практически лишенную галактик и звездных скоплений [16:13]. Учёные рассматривают несколько гипотез происхождения таких сверхмощных частиц: * **Активные ядра галактик (AGN).** Сверхмассивные черные дыры, выбрасывающие струи плазмы (джеты) [19:07]. * **Распад темной материи.** По мнению Джона Мэттьюса, это может быть некая сверхмассивная частица, которая спонтанно распадается, высвобождая колоссальную энергию [19:35]. * **Космические струны.** Гипотетические топологические дефекты пространства-времени [18:54]. * **Искусственное происхождение.** Ведущий поинтересовался возможностью существования инопланетного ускорителя частиц, на что Джон Мэттьюс ответил скептически, признав вероятность внеземной жизни, но не «гигантских ускорителей» [20:13]. Сверхновые, которые считаются основными ускорителями в нашей галактике, не способны разогнать частицы до таких энергий — их предел в миллионы раз ниже (около 10¹⁵ эВ) [11:13]. ## 🌎 Глобальное сотрудничество: Север против Юга [[JUMP:20:38]] В мире существуют две крупнейшие обсерватории космических лучей: Telescope Array (Юта, США) в Северном полушарии и Обсерватория Пьера Оже (Аргентина) в Южном полушарии [20:53]. Обсерватория Пьера Оже в Аргентине имеет площадь 3000 кв. км и использует водные черенковские детекторы [22:57]. Когда частица проходит через воду быстрее скорости света в этой среде, она создает электромагнитную ударную волну — черенковское излучение, которое проявляется как характерное голубое свечение [25:16]. Учёные отмечают странную аномалию: * В Северном полушарии фиксируется значительно больше частиц экстремально высоких энергий (выше 10²⁰ эВ) [21:35]. * За 14 лет Telescope Array зафиксировал около 30 таких событий [22:04]. * В Южном полушарии, несмотря на площадь детектора в 4 раза больше и доступ к центру Галактики, зафиксировано всего 45–48 событий [22:17]. Джон Мэттьюс утверждает, что причины такого различия между полушариями пока остаются неясными и требуют дальнейшего изучения [22:31]. ## 🚀 Будущее: детекторы на орбите и расширение массивов [[JUMP:30:35]] Для решения загадки Аматэрасу учёным нужно больше данных. В настоящее время Telescope Array расширяется в 4 раза — до площади почти 3000 кв. км [20:53]. Это позволит фиксировать частицу уровня Аматэрасу примерно раз в четыре года [17:10]. Тосихиро Фудзи надеется на создание наземной обсерватории следующего поколения площадью 30 000 кв. км [31:32]. Параллельно ведется работа над космическими проектами: * **EUSO и POEMA.** Проекты по размещению флуоресцентных камер на спутниках или МКС [33:47]. * **Сложности.** Чтобы увидеть атмосферный ливень с орбиты (расстояние 400 км), требуются камеры с миллионами пикселей и огромным полем зрения [32:54]. Джон Мэттьюс сравнивает это с попыткой сфотографировать птицу с расстояния 400 километров [33:20]. На данный момент на МКС уже работает тестовая камера с высоким разрешением, которая собирает данные короткими сессиями [34:28]. Также предпринимались попытки запуска телескопов на стратосферных баллонах из Новой Зеландии, но оба запуска закончились падением оборудования в океан [34:01]. В завершение Джон Мэттьюс отметил, что если увеличение объема данных не выявит конкретный источник частиц, наука окажется перед лицом новой фундаментальной тайны Вселенной [35:17].