Tek bir kozmik ışının neden olduğu parçacık yağmurları

Kozmik ışınlar her gün Dünya yüzeyine doğru yağıyor. Bunlardan büyük bir çoğunluğu atmosfer üzerinde bir etkisi olmasa da, bazıları milyonlarca parçacığın yeryüzüne yağmasına neden olan bir “parçacık yağmuru” (“air shower“) yaratan zincirleme tepkiye neden olabiliyor.

Bir kozmik ışın atmosfere çarptığında yalnızca birkaç ufak değişiklik yapar ve etkisi de genellikle bununla sınırlı kalır. Sahip olduğu bütün enerjiye rağmen, bir kozmik ışının oldukça küçük bir boyutu vardır. Örneğin, havada bir gaz parçacığının çekirdeğine çarpabilir ve bu çarpışma çeşitli hadronların (atomaltı parçacıklar) oluşmasını sağlayabilir.

Hadronlar, proton, nötron ve pionlar gibi birçok parçacığın bir araya gelmesiyle oluşurlar. Pionlar bir kuark ve anti-kuarktan yapılmıştır ve genellike kısa ömürlüdürler. Bu kısa ömürlü parçacıklar fotonları ayrıştırır ve onları gama ışınları hâline gelene kadar enerjiyle yükler. Bu süreç, her bir parçacığın bir öncekinden biraz daha az enerjiye sahip olması anlamında yavaşça bir enerji kaybına neden olur. Bütün hadronlar ve gama ışınlarının hepsi de atmosferle üretken bir biçimde etkileşime girmezler. Çoğunlukla, atmosfere giren bir kozmik ışından gelen enerji, yoğun bir rüzgar kabartısının seyahat ettikçe dağılması gibi dağılır ve yeryüzüne ulaştığında da hiçbir etkisinin olmadığı görülür.

Fakat bu her zaman bu kadar basit olmayabilir. Bazen en baştaki çarpışmada açığa çıkan hadronlar pozitif ya da negatif bir yüke sahip olabilir. Bunlar uzun ömürlü parçacıklardır ve yeryüzüne doğru düşerken bir diğer gaz çekirdeğine çarpabilirler. Bazen orijinal bir gaz çekirdeği ya da bir kozmik ışın ya da her ikisi diğer gaz çekirdeğine çarpar ve kendi hadron patlamalarını yaratır.

Pionların ayrışmasıyla biçimlenen yüksek enerjili fotonlar bazen diğer çekirdeklerle etkileşime girer, ve bu etkileşim bir elektron ve bir pozitron üretir. Bu etkileşimle üretilen elektron ve pozitron; fotonlar yaratabilir. Bunlar enerji yüklü oldukları için bir diğer yüklü parçacığa yaklaştıklarında yolları değişir. Örneğin pozitif yüklü bir çekirdeğin yanından geçen bir elektron yolunu çekirdeğe doğru bükebilir. Elektronun yönündeki bu değişiklik de enerjisinin biraz azalmasına neden olur ve bu enerjiyi de bir foton biçimindeyken kaybeder. Seyahat etmekte olan bir elektron bu süreç boyunca birçok foton yaratabilir.

Bazen bu çarpışma, yaratma, ayrıştırma, saptırma ve bölme “parçacık yağmuru” (“air shower“) olarak bilinen, parçacıkların ve fotoların dökülmesiyle sonuçlanır. Hava duşları boyut olarak küçük olabildikleri gibi, yeryüzüne bütün çeşitleri barındıran milyarlarca partikül olarak da yağabilirler. Partikül yağışının başlaması, gelişmesi, zirve noktasına ulaşmasının ardından azaldığı için en geniş parçacık yağmurları bütün enerjisini kaybetmeden önce genellikle daha yukarıda, dağlarda belirlenir. Pek kolay fark edilemese de ani parçacık patlamaları ve dalgaları, yalnızca bir kozmik ışının bile atmosferimizin potansiyelini açığa çıkarması açısından oldukça etkileyicidir.

Yazar:

Disiplinler ve kültürlerarası bir içerik deneyimi; en güncel felsefe, sanat, müzik, sinema, edebiyat, bilim ve teknoloji haberleri...