宇宙線

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宇宙線（うちゅうせん、英:Cosmic ray）とは、宇宙空間を飛び交う高エネルギーの放射線のことで、地球にも常時飛来している。1912年以降、ビクター・フランツ・ヘスは、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、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。 このとき、大気中に入射する宇宙線を一次宇宙線、そこから発生した粒子を二次宇宙線と呼ぶ。 一次宇宙線の大部分は陽子をはじめとする荷電粒子である。それに対して、二次宇宙線は地上高度では大半がμ粒子である。 GZK限界を越えるエネルギーを持つ宇宙線のことを超高エネルギー宇宙線と呼ぶ。

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LHC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。 それに対し、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。 実際に、様々な新粒子が素粒子実験より先に宇宙線中から見つかった。

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)
• Telescope Array Project
• GRAPES-3

など

[編集] 関連記事

• ニュートリノ天文学
• 空気シャワー
• 霧箱