Co to jest wielki pęk atmosferyczny?
Wielki pęk atmosferyczny (ang. Extensive Air Shower, EAS) to kaskada cząstek elementarnych powstająca w atmosferze Ziemi w wyniku zderzenia promieniowania kosmicznego o bardzo wysokiej energii (powyżej 10^14-10^20 eV) z jądrami atomów azotu lub tlenu w górnych warstwach atmosfery. Jedna cząstka pierwotna wyzwala lawinę miliardów wtórnych cząstek docierających do powierzchni.
Mechanizm: cząstka pierwotna (proton, jądro żelaza, rzadko foton gamma) zderza się z azotem/tlenem na wysokości ok. 15-20 km; produkuje piony i kaony, które rozpadają się na miony, elektrony, pozytony, fotony i neutrina. Kaskada rozrasta się, osiągając maksimum (’shower maximum’) na wysokości 8-10 km, po czym słabnie. Na poziomie morza dotarcie docierają głównie miony (bardzo przenikliwe) i fotony promieniowania Czerenkowa. Detekcja EAS: siatka detektorów naziemnych (Obserwatorium Pierre Auger w Argentynie – 3000 km^2, sieć 1600 detektorów wodnych Czerenkowa; HAWC w Meksyku; IceCube w Antarktyce dla neutrin); detektory atmosferyczne fluorescencyjne i Czerenkowa (HESS, MAGIC, CTA – dla promieniowania gamma). Cząstki promieniowania kosmicznego o energiach powyżej 10^20 eV (ultrawysoka energia, UHECR) są tajemnicą – skąd pochodzą? Kandydaci: AGN, magnetary, GRB. Efekt GZK (Greisen-Zatsepin-Kuzmin): protony powyżej ok. 5*10^19 eV tracą energię na tle promieniowania CMB – nie mogą pochodzić spoza strefy ok. 50-100 Mpc.
Wielkie pęki atmosferyczne są oknem na astrofizykę cząstek o energiach niedostępnych dla akceleratorów (LHC osiąga 13 TeV, EAS badają 10^20 eV = 10 mln razy więcej). Korelacja kierunków pęków z pozycjami aktywnych galaktyk wskazuje na pozagalaktyczne źródła UHECR, lecz defleksja w polach magnetycznych utrudnia jednoznaczne wskazanie źródeł.