Сверхвысокоэнергетические гамма-лучи — это гамма-лучи с энергией фотонов выше 100 ТэВ (0,1 ПэВ). Они имеют частоту выше 2,42 × 10 28 Гц и длину волны короче 1,24 × 10 −20 м. Существование этих лучей было подтверждено в 2019 году. [1] В пресс-релизе от 18 мая 2021 года Большая высотная обсерватория атмосферных ливней Китая (LHAASO) сообщила об обнаружении дюжины сверхвысокоэнергетических гамма-лучей с энергией, превышающей 1 петаэлектронвольт (квадриллион электронвольт или ПэВ), включая один с энергией 1,4 ПэВ, самый высокоэнергетический фотон, когда-либо наблюдавшийся. Авторы отчета назвали источники этих ПэВ-гамма-лучей ПэВатронами.
Сверхвысокоэнергетические гамма-лучи важны, поскольку они могут раскрыть источник космических лучей . Не принимая во внимание относительно слабое влияние гравитации, они движутся по прямой линии от своего источника к наблюдателю. Это отличается от космических лучей, направление движения которых искажено магнитными полями. Источники, которые производят космические лучи, почти наверняка будут производить и гамма-лучи, поскольку частицы космических лучей взаимодействуют с ядрами или электронами, производя фотоны или нейтральные пионы , которые в свою очередь распадаются на сверхвысокоэнергетические фотоны. [2]
Соотношение первичных адронов космических лучей и гамма-лучей также дает ключ к разгадке происхождения космических лучей. Хотя гамма-лучи могут образовываться вблизи источника космических лучей, они также могут образовываться при взаимодействии с космическим микроволновым фоном посредством предела Грейзена-Зацепина-Кузьмина выше 50 ЭэВ. [3]
Сверхвысокоэнергетические гамма-лучи взаимодействуют с магнитными полями, образуя пары позитрон-электрон. Ожидается, что в магнитном поле Земли фотон с энергией 10 21 эВ будет взаимодействовать на высоте около 5000 км над поверхностью Земли. Затем высокоэнергетические частицы продолжают производить больше низкоэнергетических фотонов, которые могут постичь ту же участь. Этот эффект создает пучок из нескольких гамма-фотонов с энергией 10 17 эВ, направляющихся в том же направлении, что и исходный фотон сверхвысокой энергии. Этот пучок имеет ширину менее 0,1 м, когда он попадает в атмосферу. Эти гамма-лучи слишком низкоэнергетичны, чтобы продемонстрировать эффект Ландау–Померанчука–Мигдала . Только магнитное поле, перпендикулярное пути фотона, вызывает образование пар, так что фотоны, идущие параллельно линиям геомагнитного поля, могут оставаться нетронутыми, пока не встретятся с атмосферой. Эти фотоны, проходящие через магнитное окно, могут создавать ливни Ландау–Померанчука–Мигдала. [3]