Ученые из Восточного Китайского университета (East China Normal University) предложили возможное решение проблемы избытка мюонов, возникающих в результате взаимодействия космических лучей с атмосферой Земли. Ключевую роль в этом процессе играет конденсация глюонов. Работа опубликована в журнале The Astrophysical Journal.
Когда высокоэнергетическое космическое излучение, состоящее в основном из протонов и гелия, взаимодействует с ядрами атомов в верхних слоях атмосферы, образуются каскады частиц, такие как пионы, каоны и барионы. Эти частицы затем распадаются, создавая мюоны — тяжелые аналоги электронов.
Мюоны обладают большой проникающей способностью и достигают поверхности Земли с энергией около четырех гигаэлектронвольт. Однако количество наблюдаемых мюонов превышает теоретически предсказанное на 30–60% для энергий от шести до шестнадцати эксаэлектронвольт.
Исследователи предполагают, что избыток мюонов может быть связан с особенностями первого столкновения космических лучей с ядрами в атмосфере. В этих столкновениях, согласно их гипотезе, происходит конденсация глюонов — частиц-переносчиков сильного взаимодействия.
Глюоны могут формировать состояния с высокой плотностью энергии, известные как глюонные конденсаты. Эти состояния создают больше «странных» кварков и антикварков — элементарных частиц материи. Кварки, в свою очередь, участвуют в образовании других частиц — каонов и пионов, приводя к увеличению количества мюонов. В условиях глюонной конденсации производство странных кварков увеличивается в 10 раз по сравнению с обычной кварк-глюонной плазмой.
Это исследование открывает новый подход к изучению процессов в высокоэнергетических столкновениях и взаимодействий космических лучей с атмосферой Земли. Традиционные модели физики не объясняют избыток мюонов, однако гипотеза глюонной конденсации может стать важным шагом в решении этой задачи.
Ранее ученые засекли мощнейшие космические лучи, исходящие из близких к Земле мест.