宇宙線
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宇宙線（うちゅうせん）とは、宇宙空間から地球に入射する高エネルギーの放射線のことである。1912年以降、V.F. ヘス (Victor Franz Hess)は、気球を用いた放射線の計測実験を繰り返し、地球外から飛来する放射線を発見した。彼は、この業績により、1936年にノーベル物理学賞を受賞している。
宇宙線のほとんどは銀河内を起源とし、超新星残骸などで加速されていると考えられている。これらは、銀河磁場で銀河内に長時間閉じ込められるため、銀河内物質との衝突で破砕し、他の原子核に変化することがある。実際、Li, Be, B や Sc, V などの元素の存在比が、太陽系内のものと宇宙線中とで大きく異なることが知られている。このため、宇宙線の元素比や同位元素の存在比を測定することで、宇宙線の通過した物質量を推測することが出来る。
エネルギーの高い宇宙線の到来頻度は極端に低くなるが、そのエネルギースペクトルは冪関数 dI/dE∝E-α(α～3)で近似できる。このため、宇宙線の加速は熱的なものではなく、星間磁気雲や衝撃波との衝突を繰り返すフェルミ加速のような機構が考えられる。
地球大気内に高エネルギーの宇宙線が入射した場合、空気シャワー現象が生じ、多くの二次粒子が発生する。寿命の短いものはすぐに崩壊するが、安定な粒子は地上で観測される。
粒子加速器などで人間が作り出せるエネルギーは、重心系で最大1013 eVのオーダー(CERNで計画されているLarge Hadron Colliderが 1.4×1013 eV)であり、実験室系に換算しても、1017 eV程度であるが、宇宙線のエネルギーは実験室系で最大 1020 eVに達する。このため、宇宙線によって超高エネルギー領域での素粒子反応について重要な知見を得ることができる。
また、宇宙線は半導体素子の誤作動や破損の原因にもなる。
[編集] 宇宙線実験
- スーパーカミオカンデ
- カンガルー (物理学)
- 宇宙線望遠鏡
- GRAPES-3
など
