Korisničko ime: Lozinka:

Dobrodošli na SerbianMeteo Forum


Prisutni ste kao gost. Da biste imali pristup kompletnom sadržaju foruma, diskusijama, koristili pogodnosti slanja privatnih poruke itd, potrebno je da se registrujete KLIKOM OVDE. Posle procesa registracije, putem e-maila koji ste uneli, dobićete link za aktivaciju naloga. Neophodno je uneti validan e-mail. U suprotnom nećemo biti u mogućnosti da vam pošaljemo aktivacioni link.
Ukoliko imate problem u vezi sa registrovanjem ili neki drugi tehnički problem, kontaktirajte nas na office[at]serbianmeteo.com

Autor Tema: Detekcija kosmickih zraka  (Pročitano 24765 puta)

Van mreže Nele

  • **
  • Poruke: 1.011
  • Starost: 46
Detekcija kosmickih zraka
« poslato: 08. Oktobar 2011. u 12:35 »
  
   Iako je u predjasnjem periodu bilo govora o kosmickim talasima kao jednim od osnovnih cinilaca promena u nasoj atmosferi, vreme je dozvolilo na srecu da se krene i u praktican rad i pokaze, zavirivanjem u jos jednu karakteristiku nase okoline, sta zaista znace ova zracenja za ponasanje nase atmosfere.
   Kako je i ranije navodjeno, u prirodi postoji veoma jasna i signifikantna uzrocna posledicnost izmedju objekata i energija. Sve sto mi mozemo, jeste da se u nasem istrazivanju fokusiramo na jedan fenomen, obicno omedjen ili nasom specificnom odlukom, ili prostim neuvidom u mnostvo drugih pojava koje bismo povezali sa onom prvobitnom naseg interesovanja i tako produbili saznanje o pojavama koje nas okruzuju i njihovom mogucem izvoru.
   Kroz vec neko vreme istrazivanja u ovoj oblasti, izlazi da postoji jasna interakcija izmedju vec daleko poznatih i mnostvo puta objasnjavanih meteoroloskih pojava i onih van nase planete. Uzimajuci u obzir cestiri osnovne sile: gravitacionu, elektromagnetsku i jaku i slabu nuklearnu, mozemo reci da u procesima funkcionisanja nase planete sudeluju ni manje ni vise nego iste te sile. Sama planeta deluje na atmosferu, koja opet, deluje povratno na Zemlju. Promene magnetnog polja nastaju interagovanjem zemaljskog magnetnog polja sa onim van nase planete koje dolazi od drugih nama bliskih objekata, kao sto to cini i gravitacija. Zracenje koje Zemlja prima, jeste polje koje je modulisano lunarnim ciklusima. Ne postoji sumnja da postoje jaki uticaji spoljasnjeg, na nasu plnaetu.  Ali trenutno, postoje nastojanja da se odredi i to, kako nasa planeta utice na njenu okolinu, ili bolje receno, kolika je njena uloga u harmoniji koju gledamo teleskopima.
   Za prostor u kojem postoji samo polje energije, usvojen je termin “prividni,  virtuelni ili lazni” vakuum, a kada sadrzi cestice, koristi se termin vakuum. Nova saznanja o prividnom vakuumu i vakuumu, uslovila su da se vremenski pocetak od velikog praska do danas, podeli u vise faza. Prelazak iz jedne u dugu od njih ne bi bio moguc, da ne postoji strogo ustrojstvo izmedju sila koje deluju oko nas i koje smo prethodno oznacili “osnovnim”.

Praktican rad

   Istrazivanje u ovoj oblasti se moze veoma lako produbiti ukoliko smo u mogucnosti da pratimo ono sto se dogadja izvan nase atmosfere. Obicno za to koristimo mocne teleskope. Medjutim, njima imamo mogucnost samo vizuelnog dozivljavanja stvari. Postoji jos veliki broj toga sto nasa cula (bar ne direktno), nisu u stanju da percipiraju.
   Radio-astronomija je oblast koja prosiruje sve to u meri da sada posedujemo aparaturu koja nam omogucava da “vidimo” zracenja koja nismo bili u stanju da vidimo golim okom. Otud se ove dve astronomske oblasti vec neko vreme dopunjavaju.
Postoje relativno jednostavni nacini za posmatranje ovih zracenja.  Jedan od njih je objasnjen i u ovom tekstu i oznacava u prvom redu detektor kosmickih zracenja koja su jedna od najbitnijih za ponasanje nase atmosfere.
   U pitanju je popularni “mionski detektor”, kojim se meri nivo pojave mionskih cestica koje ulaze u nasu atmosferu. Njihovo pracenje, omogucava nam da povezemo kako kosmicko zracenje utice na nasu planetu. Meteoroloski, magnetno, elektromagnetski.
   Uredjaj je izradjen potpuno od domaceg materijala I svako onaj ko ima dovoljno vestine, moze izraditi nesto ovako sada, kada je sema potpuno razradjena. Komplikovane detalje o gradnji ovde necu iznositi, ali su svi tehnicki detalji dostupni (seme,saveti … ) i mogu se dobiti ukoliko mi se ljudi obrate privatno, kako ne bismo opterecivali ovaj deo foruma koji bi trebalo da se odnosi na korespondiranje o temi.



Detalj detektora. Vide se Gajgerove cevi, deo brojaca i napajanja...

   Ukratko, u pitanju su dve Gajgerove cevi, koje pokrece visoknaponsko napajanje. Rad Gajgerovih cevi necu ovde prenositi, jer postoji  jako puno informacija o tome na internetu. Ideja je da se iznesu licna iskustva i omoguci onome ko bi zeleo da se udubi u sve ovo da i sam moze zapoceti ozbiljnije istrazivanje nego sto je to puko citanje. A to je ono sto je najvaznije i sto je upravo i ideja ovog teksta: izneseno je dobijeno direktnim, prakticnim i najkracim putem, nedvosmislenim direktnim I ponovljivim rezultatima.
   Ukoliko mionska cestica prodje kroz cev, ona izaziva promenu napona na elektrodama. Ovaj napon, odvodi se do pojacala, gde dalje prolazi kroz generator koji ukljucuje dve LED diode koje pokazuju da li je cestica prosla samo kroz jednu cev ili kroz obe. Samo u slucaju prolaska kroz obe, posebna elektronika meri i belezi ovaj zajednicki impuls i pokazuje ga na displeju kao jednu cesticu.
   Moguce je i logovanje podataka na racunar, preko audio kartice i pracenje dogadjanja kroz duzi perio. Licna istrazivanja su pokazala jako lepe promene aparata, na bilo koje promene okoline. Aparat je kalibrisan u olovnoj komori i pusten u rad. Uporedo sa ostalim radio-astronomskim instrumentima, postao je nezaobilazan dodatak laboratoriji u kojoj se proucava zracenje okoline generalno.



Detalj brojaca, koji govori da je izbrojano 7 miona trenutno. Na srecu, situacija se menja iz minuta u minut, pa nije dosadno :) U ovom slucaju, prati se merenje miona u toku jednog sata, zbog promena na Suncu...

   Sta vise, trenutno se radi na dokazivanju ucesca mionskih cestica u putanji elektricne munje. Ne bih dugo o ovome, ali ukratko, svi se pitamo zasto se munja krece kako se krece i zasto bas pogadja objekat koji pogadja pod odredjenim uslovima? Jedan od cinilaca neuhvatljivosti paterna njenog kretanja, jeste upravo i kretanje miona i njihovih interagovanja sa elektronima. Ali, o ovome drugom prilikom detaljnije.

Sta su kosmicki talasi?

   Kosmicki talasi su cestice visoke energije koje dolaze iz dubokog svemira i ulaze u nasu atmosferu velikom brzinom. Postoji veliki broj izvora ovakvih cestica. Najblizi nama je upravo nase Sunce, ali veliki broj dolazi upravo iz izvora interstelarnih objekata kao sto su Supernove, Crne rupe ili jos uvek nepoznati izvori van granica onoga sto mozemo detektovati vizuelno u svemirskom prostoru koji nas okruzuje.
   Iako se najcesce nazivaju “zraci”, kosmicke cestice stizu na nasu planetu individualno kao primarne cestice, ne kao zraci. 90% su protoni, 9% helijum i gvozdje.
   Kada ove cestice udju u nasu atmosferu na visi od oko 30km, oni ulaze tolikom brzinom, da dovode do nuklearne reakcije proizvodeci kisu subatomskih cestica koje se zovu “pioni”. Naelektrisani pioni raspadaju se u mione i neutrine, gde se nenaelektrisani pioni raspadaju u parove visokoenergetskih fotona koji izazivaju nastanak kaskade elektrona, pozitrona i gama zraka. Rezultujuci fluks cestica na nivou Zemlje, sastoji se uglavnom od miona i elektron/pozitrona u odnosu od grubo 75 - 25% i pogadjaju Zemljinu povrsinu sa brzinom bliskom brzini svetlosti (~0.998c).
   Jos jedna interesantna stvar vezana za kosmicke zrake jeste i to da su oni svakodnevna potvrda Ajnstajnove teorije relativnosti. Ovo iz razloga sto ce se mion u mirovanju dezintegrisati u vremenu od 2x10-6 sekundi i nece imati dovoljno vremena da stigne do nase atmosfere, ako uzmemo u obzir daljinu objekta iz kojeg je inicijalno nastao. Medjutim, kako se krecu brzinom bliskom brzini svetlosti, vremenska dilatacija produzava njihov zivot, kako to mi vidimo u nasem zemaljskom vremenu i upravo zbog toga ih mozemo detektovati, izmeriti njihove energije i zabeleziti radi daljeg proucavanja.
   Ovaj proces, dogadja se dakle 200 puta svakog sekunda, na svakom kvadratnom metru na Zemlji. Sa ovoliko energije iza ovih procesa, razumljivo je da je energija ovih cestica veoma velika i da oni prolaze bukvalno kroz sve, pa i duboko u Zemljinu povrsinu, (nekoliko kilometara, iako postoje slucajevi da prodju kroz citavu planetu u zavisnosti od energije), a da je malo ko uopste svestan njihovog postojanja.



Napajanje je jednostavnih 12VDC iz bilo kog izvora, a struja potrosnje veoma mala (u svrhu rada na terenu preko baterija, dodana je opcija iskljucenja LCD, zbog manje potrosnje).

Sta je ustvari mion?

   Termin “teski elektron”, odnosi se na odredjen tip naelektrisanih cestica koje se zovu “mu” mesoni ili jednostavnije “mioni”. Kao i elektroni, mioni imaju naelektrisanje 1 (mogu biti pozitivno I negativno naelektrisani) i imaju prosecan zivot od oko jedne mikrosekunde. Imaju masu 200 puta vecu od konvencionalnog elektrona i ponasaju se veoma slicno elektronima. Kada protoni i druge primarne kosmicke cestice sa udaljenih zvezda ukljucujuci i nase Sunce dodju do nase atmosfere, oni proizvode sekundarne cestice koje se zovu “pi mezoni” ili krace “pioni”. Pioni imaju veoma kratak zivot, reda 0.01 mikrosekunde, I prelaze veoma brzo u mione. Ovi mioni, najveci broj sa ekstremno visokim energijama koji najcesce prelaze TeV (ovo je trilion elektron Volta), imaju dovoljno dugacak zivot da mogu doci do nase atmosfere gde predstavljaju svakako visokoenergetsku komponentu sekundarnog kosmickog zracenja na zemljinoj povrsini.
   Mioni takodje mogu nastati preko visokoenergetskih kolizija naelektrisanih cestica sa materijalima u akceleratorima cestica. Mioni prelaze u elektrone i cestice koje se zovu “neutrini”. Mioni mogu interagovati jonizacjom i pobudjujuce sa materijalima sa kojima dodju u kontakt, slicno kao sto to cine elektroni.

"Detektor slucajnosti"

   Glavna ideja u detektovanju ovih cestica jeste u takozvanom “detektoru slucajnosti”. U pitanju je procesiranje signala tako da ako detektor detektuje signal mi ne mozemo reci sta ga je izazvalo, pa postoji odredjena verovatnoca da je detektujuci impuls ustvari sum ili buka. Ali, ako postoje dva detektora koji detektuju signal simultano, verovatnoca da je u pitanju sum je p^2. Pretpostavimo da je p=0.1. U ovom slucaju, p^2=0.01. Odnosno, verovatnoca pogresnog detektovanja je redukovana koristeci detektor slucaja.
   Drugim recima, ukoliko mion prodje kroz samo jedan detektor, mi necemo moci razlikovati taj signal od nekog drugog koji moze nastati iz nekog blizeg izvora smetnji ili radijacije koja se nalazi u blizini. Medjutim, ukoliko postoje dva detektora, njihovo simultano okidanje govori u prilog tome da je u pitanju mionska cestica, koja prolazi kroz oba detektora u isto vreme i uredjaj samo u tom slucaju broji koristan impuls kao jednu cesticu. Ovo se potvrdjuje takodje i cinjenicom da mioni dolaze sa neba, ptako detektori postavljeni jedan iznad drugog detektuju mione u vecem broju i daleko lakse, nego sto je to slucaj ako su jedan pored drugog.

   U svetu postoji mnogo mionskih detektora u institutima, a veliki broj je i privatnih, cak i onih koje cije podatke ljudi stavljaju na mrezu. Nadam se da ce sve ovo sto je uradjeno, otvoriti eru eventualnog doprinosa i nase oblasti u detektovanju, sirenju podataka i analize dobijenog.

   Have fun! :)

Van mreže Profiamater

  • Moderator
  • ***
  • Poruke: 3.317
  • Starost: 105
  • Lokacija: Beograd-centar, 130mnv
Odg: Detekcija kosmickih zraka
« Odgovor #1 poslato: 08. Oktobar 2011. u 20:42 »
Veoma zanimljiv tekst, bravo za autora i hvala mu!  :super: