κοσμικές ακτίνες

Σωματιδιακή ακτινοβολία που προέρχεται από τους κοσμικούς χώρους και καταλήγει σταθερά πάνω στην επιφάνεια της Γης. Τα ατομικά ή υποατομικά σωματίδια που αποτελούν τις κ.α. διαθέτουν πολύ υψηλές ενέργειες. Ενδεικτικό είναι ότι τα πρωτόνια, επιταχυνόμενα τεχνητά με μηχανές κατασκευασμένες από τον άνθρωπο, φτάνουν σήμερα σε ενέργειες περίπου 30 GeV (1 GeV = 10⁹ ηλεκτρόνια-βολτ), ενώ στην κοσμική ακτινοβολία παρατηρούνται συχνά σωματίδια με ενέργειες 100-1.000 GeV και ενίοτε πολύ μεγαλύτερες. Η ένταση των κ.α. είναι σχετικά ασθενής. Για παράδειγμα, στη στάθμη της θάλασσας φτάνει κατά μέσο όρο ένα σωματίδιο ανά λεπτό πάνω σε μια επιφάνεια 1 τ. εκ., ενώ έχει υπολογιστεί ότι περίπου 2 εκατ. σωματίδια πλήττουν την επιφάνεια του σώματος του ανθρώπου σε ημερήσια βάση. Ιστορία. Η ανακάλυψη των κ.α. και η ενδελεχής μελέτη της φύσης τους απέκτησε ιδιαίτερη σημασία κατά την εξέλιξη της επιστημονικής έρευνας στο πεδίο της πυρηνικής φυσικής. Οι πρώτες παρατηρήσεις ανάγονται στην αρχή του περασμένου αιώνα, όταν οι επιστήμονες που ασχολούνταν με τα –καινοφανή τότε– φαινόμενα της ραδιενέργειας βρέθηκαν μπροστά σε ένα ιδιότυπο φαινόμενο κατά την πορεία των πειραμάτων τους. Ακριβέστερα, σημείωσαν ότι ο θάλαμος ιονισμού (που χρησίμευε κατά τις μετρήσεις της έντασης ραδιενεργών πηγών), παρουσίαζε έναν ξένο παράγοντα ιονισμού. Αυτή η ιδιόμορφη παρουσία δεν ήταν δυνατόν να εξαλειφθεί με τη θωράκιση του θαλάμου, ακόμα και με τη χρήση μολύβδου σε μεγάλα πάχη. Ο παράγοντας αυτός προκαλούσε έναν ιονισμό, δηλαδή καθιστούσε αγώγιμο το αέριο που περιεχόταν στον θάλαμο ακόμα και μετά την απομάκρυνση των υπό εξέταση ραδιενεργών παρασκευασμάτων. Αυτή η άγνωστη ακτινοβολία αποδείκνυε ότι διέθετε μια διεισδυτική ικανότητα ανώτερη από οποιαδήποτε άλλη έως τότε γνωστή (ακτίνες Χ, ακτίνες α, β, γάμμα των ραδιενεργών ουσιών). Οι πρώτες υποθέσεις που έγιναν σχετικά με την προέλευσή της περιείχαν την άποψη ότι η εν λόγω ακτινοβολία θα συνδεόταν με τα φαινόμενα ραδιενέργειας που εδρεύουν στα πετρώματα του εδάφους και στην κατώτερη ατμόσφαιρα. Μια πρώτη αναίρεση αυτής της θεωρίας αποτέλεσαν οι παρατηρήσεις που έγιναν στην ανώτερη ατμόσφαιρα από τον Γερμανό φυσικό Άλμπερτ Γκόκελ, ο οποίος (1910) οδήγησε μέσω αερόστατου έναν θάλαμο ιονισμού σε ύψος 4.500 μ. Αν η ιονίζουσα αιτία που παρατηρούσε στη Γη προερχόταν από το έδαφος, τα παραγόμενα φαινόμενα θα έπρεπε να μειώνονται με το ύψος, εξαιτίας της απορρόφησης που υφίστανται από το παρεμβαλλόμενο πάχος της ατμόσφαιρας. Το πείραμα του Γκόκελ απέδειξε ακριβώς το αντίθετο: τα φαινόμενα έγιναν εντονότερα με την αύξηση του ύψους. Ακολούθησαν πιο επιμελημένα πειράματα, με πιο ευαίσθητες συσκευές και κατάλληλες να εντοπίσουν τα ασθενή ρεύματα που παράγονταν μέσα στον θάλαμο λόγω του ιονισμού. Την περίοδο 1922-27 μια ομάδα Αμερικανών επιστημόνων, στην οποία συμμετείχε και ο Μίλικαν, διενήργησε παρατηρήσεις στην ατμόσφαιρα σε ύψος μέχρι 50 χλμ., στέλνοντας σε αυτά τα ύψη συσκευές καταγραφής με αεροβολίδες. Επιπλέον, η ομάδα αυτή πραγματοποίησε μετρήσεις στο νερό, βυθίζοντας όργανα σε βάθος 200 μ. σε λίμνες της Καλιφόρνια. Τα πειράματα αυτά και τα μεταγενέστερά τους φανέρωσαν οριστικά ότι η υπό μελέτη ακτινοβολία ήταν εξωατμοσφαιρικής προέλευσης· επιπρόσθετα, έμοιαζε να διαθέτει μια διεισδυτική ικανότητα τουλάχιστον είκοσι φορές μεγαλύτερη από εκείνη των πιο δραστήριων ακτίνων που εκπέμπονται από το ράδιο. Ακριβώς εξαιτίας της εξωγήινης προέλευσής της, ονομάστηκε κοσμική ακτινοβολία ή κ.α. Από το 1932 και μετά οι έρευνες και τα πειράματα πολλαπλασιάστηκαν και τελειοποιήθηκαν. Η ανάπτυξη οφειλόταν στα όλο και πιο ευαίσθητα όργανα (μετρητές σωματιδίων, θάλαμος Γουίλσον, θάλαμος φυσαλίδων, φωτοπαθή γαλακτώματα) καθώς και στη δυνατότητα αποστολής των οργάνων αυτών σε όλο και μεγαλύτερα ύψη μέσω πυραύλων και (αργότερα) τεχνητών δορυφόρων. Ταξινόμηση και φύση της ακτινοβολίας. Ο ιονισμός που διαπιστώθηκε με τα προαναφερθέντα μέσα και προσδιορίστηκε ότι οφείλεται στις κ.α. απέδειξε ότι αυτές αποτελούνται (μεταξύ άλλων) από ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια. Τα σωματίδια αυτά είναι εφοδιασμένα σε μεγάλο ποσοστό με πάρα πολύ υψηλές ενέργειες· όταν συναντούν τη γήινη ατμόσφαιρα, αλληλεπιδρούν με την ύλη που την αποτελεί, δημιουργώντας αρκετά πολύπλοκες διαδικασίες, κατά τις οποίες παράγονται φωτόνια και σωματίδια διαφορετικής φύσης. Η παρουσία αυτών των φαινομένων καθιστά ιδιαίτερα δύσκολη την ερμηνεία των πραγματοποιούμενων μετρήσεων καθώς και την έρευνα γύρω από τη φύση της ακτινοβολίας που προέρχεται από το κοσμικό διάστημα. Παρ’ όλα αυτά, η πειραματική και θεωρητική μελέτη των κ.α. οδήγησε σε μια βασική ερμηνεία αυτών των πολύπλοκων φαινομένων, διακρίνοντας πρωτίστως μία πρωτογενή και μία δευτερογενή ακτινοβολία. Η μία προέρχεται από τους κοσμικούς χώρους, ενώ η άλλη παράγεται από την αλληλεπίδραση της πρώτης με τα άτομα που αποτελούν τη γήινη ατμόσφαιρα. Επιπλέον, στη δευτερογενή ακτινοβολία –η οποία μελετήθηκε πιο εκτεταμένα και, πρακτικά, είναι η μόνη που υπάρχει στην επιφάνεια της Γης– διακρίνεται μία μαλακή και μία σκληρή συνιστώσα. Η πρώτη έχει μια ένταση που περιορίζεται πρακτικά στο μηδέν, διασχίζοντας ένα τεμάχιο μολύβδου, πάχους περίπου 10 εκ. Η δεύτερη είναι πολύ διεισδυτική και ικανή να διαπεράσει πολύ μεγαλύτερα πάχη. Κατά τη μελέτη όλων αυτών των διαδικασιών επιβεβαιώθηκαν σε μεγάλο βαθμό τόσο οι νεότερες θεωρίες της κβαντικής μηχανικής και της ηλεκτροδυναμικής όσο και τα αποτελέσματα της θεωρίας της σχετικότητας. Μαλακή συνιστώσα. Αποτελείται βασικά από ηλεκτρόνια, ποζιτρόνια και φωτόνια (κβάντα ακτινοβολίας γάμμα). Η έντασή της αυξάνεται μαζί με το ύψος μέχρι ενός ορισμένου σημείου, ενώ μετά μειώνεται διαδοχικά. Είναι γνωστό ότι ένα ηλεκτρόνιο ή φωτόνιο με μεγάλη ενέργεια μπορεί να προκαλέσει κατά τη διέλευσή του από ένα υλικό στρώμα, με υπολογίσιμη πιθανότητα, τον σχηματισμό σμηνών σωματιδίων, για τα οποία η πειραματική ανάλυση αποδεικνύει ότι αποτελούνται από αρνητικά και θετικά ηλεκτρόνια. Η εξέλιξη που συντελείται στην περίπτωση ενός ηλεκτρονίου είναι η εξής: το ηλεκτρόνιο, μόλις βρεθεί στο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο ενός πυρήνα της ύλης που διαπερνά, σταματά κατά την πορεία του και εκπέμπει ένα φωτόνιο υψηλής ενέργειας (φαινόμενο ακτινοβολίας πέδησης). Αυτό το φωτόνιο στη συνέχεια εκμηδενίζεται, παράγοντας ένα ζεύγος ηλεκτρονίων αντιθέτων σημείων (δίδυμη γένεση), καθένα από τα οποία υφίσταται με τη σειρά του το φαινόμενο πέδησης, όπως το αρχικό ηλεκτρόνιο. Η διαδικασία αυτή συνεχίζεται μέχρις ότου η αρχική ενέργεια υποβιβαστεί τελείως διά της κατανομής σε ένα πλήθος σωματιδίων. Παράγεται έτσι ένα είδος κλιμακωτού καταιγισμού. Όταν θεωρηθεί αρχικά ένα κβάντο γ, η διαδικασία είναι ολοκληρωτικά ανάλογη. Τα προαναφερθέντα φαινόμενα μπορούν επίσης να πραγματοποιηθούν και στην ατμόσφαιρα. Στην περίπτωση αυτή, η πιθανότητα αλληλεπίδρασης με τους πυρήνες των ατόμων των αερίων της ατμόσφαιρας είναι αρκετά μικρή, εξαιτίας της σημαντικής απόστασης μεταξύ των πυρήνων και του χαμηλού τους ατομικού αριθμού. Συνεπώς, ένα σμήνος αποκτά μεγάλες διαστάσεις μόνο σε μεγάλες αποστάσεις της τάξης μερικών χιλιομέτρων, ενώ σε ένα υλικό όπως ο μόλυβδος, ο αριθμός των παραγόμενων σωματιδίων προσεγγίζει ένα μέγιστο ακόμη και σε αποστάσεις της τάξης του εκατοστού. Όλες οι προηγούμενες παρατηρήσεις οδηγούν στο συμπέρασμα ότι η μαλακή συνιστώσα αποτελείται ουσιαστικά από σμήνη, επειδή αυτή η υπόθεση εξηγεί τη σύσταση και τις μεταβολές της έντασής της, αν και δεν απαρτίζεται μόνο από αυτά. Υπάρχουν, πράγματι, άλλα σωματίδια (πρωτόνια, πυρήνες, μεσόνια) του τύπου εκείνων που αποτελούν την πρωτογενή ακτινοβολία και τη σκληρή συνιστώσα, αλλά με μικρότερες ενέργειες και, συνεπώς, πάντοτε περιορισμένου αριθμού. Σκληρή συνιστώσα. Η έντασή της ποικίλλει με το ύψος, με τρόπο τελείως διαφορετικό απ’ ό,τι στην περίπτωση της μαλακής συνιστώσας. Ακριβέστερα, αυτή η ένταση αυξάνει με την αύξηση του ύψους. Το πείραμα αποδεικνύει ότι η σκληρή συνιστώσα αποτελείται ουσιαστικά από φορτισμένα σωματίδια (θετικά και αρνητικά) με πολύ υψηλή διεισδυτική ικανότητα. Ύστερα από μακρές έρευνες, ο διαφορετικός νόμος μεταβολής της έντασής της, ο οποίος συνδέεται με την υψηλή διεισδυτική ικανότητα, οδήγησε στο συμπέρασμα ότι τα σωματίδια που αποτελούν τη σκληρή συνιστώσα θα έπρεπε να είναι ηλεκτρόνια ή πρωτόνια διαφορετικού τύπου. Διαδοχικές μετρήσεις επέτρεψαν τη μέτρηση της μάζας και του φορτίου αυτών των σωματιδίων, με αποτέλεσμα την ανακάλυψη του μεσονίου. Οι ιδιότητες του μεσονίου ερευνήθηκαν και διευκρινίστηκαν αργότερα με τη χρήση των επιταχυντικών μηχανών. Έτσι, ανακαλύφθηκαν διαφόρων τύπων μεσόνια, τα οποία μπορεί να είναι ουδέτερα ή να διαθέτουν ένα φορτίο όμοιο με εκείνο ενός ηλεκτρονίου (θετικό ή αρνητικό). Επιπρόσθετα, επιβεβαιώθηκε η αστάθεια του μεσονίου, με την έννοια ότι σε ένα ποικίλου μεγέθους χρονικό διάστημα πραγματοποιείται μια διαδικασία διάσπασης, στη συνέχεια της οποίας το μεσόνιο μπορεί να εκμηδενιστεί ή να δώσει γένεση σε άλλα στοιχειώδη σωματίδια. Σχετικά με τη σκληρή συνιστώσα της κοσμικής ακτινοβολίας, ιδιαίτερα σημαντικά είναι τα μεσόνια που αναφέρονται ως μεσόνια μ. Τα μεσόνια μ είναι πιο δραστήρια και απαρτίζουν τη σκληρή συνιστώσα, εμφανίζονται εξαιρετικά διεισδυτικά και η ύπαρξή τους έχει επίσης διαπιστωθεί στο υπέδαφος. Έχουν μάζα περίπου 200-1.000 φορές μεγαλύτερη από εκείνη του ηλεκτρονίου και μέση ζωή (μέσος χρόνος μεταξύ σχηματισμού και διάσπασης) περίπου δύο εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου. Αυτά τα μεσόνια παράγονται κατά τη διάσπαση ενός άλλου τύπου μεσονίων που ονομάζονται π μεσόνια, τα οποία με τη σειρά τους παράγονται από την αλληλεπίδραση της πρωτογενούς ακτινοβολίας με πυρήνες της ανώτερης ατμόσφαιρας, διασπώμενα σε ένα πολύ μικρότερο χρονικό διάστημα. Από την αυτόματη διάσπαση ενός μεσονίου μ παράγονται ένα ηλεκτρόνιο και δύο ουδέτερα σωματίδια (νετρίνα). Τα επιταχυνόμενα ηλεκτρόνια μπορούν να προκαλέσουν έναν κλιμακωτό καταιγισμό κατά την κρούση του μεσονίου με τα άτομα της ατμόσφαιρας, δίνοντας έτσι μια συνεισφορά στη μαλακή συνιστώσα. Η μελέτη της παραγωγής των μεσονίων μ οδηγεί στο συμπέρασμα ότι τα μ μεσόνια που υπάρχουν στη στάθμη της θάλασσας προέρχονται, κυρίως, από τις υψηλές περιοχές της ατμόσφαιρας. Με την παραδοχή ότι τα μ μεσόνια κινούνται με ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός, προκύπτει το συμπέρασμα ότι, εξαιτίας της βραχείας μέσης ζωής τους, πρέπει να διασπώνται πολύ πριν φτάσουν στην επιφάνεια της Γης. Η φαινομενική αυτή αντίφαση εξηγείται με τη θεωρία της σχετικότητας, σύμφωνα με την οποία η διάρκεια των φαινομένων μεταβάλλεται σε σχέση προς την ταχύτητα με την οποία κινούνται τα σώματα στα οποία αναφέρονται τα ίδια φαινόμενα. Πρωτογενής ακτινοβολία. Μολονότι οι μελέτες που έχουν στραφεί στην έρευνα περί της φύσης και της σύστασης της πρωτογενούς ακτινοβολίας είναι πολύ πρόσφατες, τα προβλήματα που δεν έχουν βρει τη λύση τους παραμένουν πολυάριθμα. Με την έννοια αυτή, έχει μεγάλη σημασία η μελέτη της συμπεριφοράς της πρωτογενούς ακτινοβολίας υπό την επίδραση του μαγνητικού πεδίου της Γης, συμπεριφορά που μαρτυρεί την ύπαρξη ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων. Είναι γνωστό ότι ένα φορτισμένο σωματίδιο που κινείται μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο υφίσταται μια δύναμη που το αναγκάζει να αποκλίνει από την τροχιά του. Αυτή η δύναμη είναι περισσότερο ή λιγότερο έντονη, ανάλογα με το φορτίο του σωματιδίου, την ταχύτητά του, την ένταση του πεδίου και τη γωνία μεταξύ των δυναμικών γραμμών του πεδίου και της διεύθυνσης κίνησης του σωματιδίου. Το γήινο μαγνητικό πεδίο μπορεί να εξομοιωθεί με το πεδίο μιας μαγνητισμένης σφαίρας, είναι κάθετο προς το επίπεδο του ισημερινού και σχηματίζει στους πόλους ορθή γωνία με την επιφάνεια της Γης. Η έντασή του είναι σχετικά ασθενής, αλλά επειδή εκτείνεται σε μεγάλες αποστάσεις από τη Γη, η δράση του πάνω στα φορτισμένα σωματίδια που αποτελούν τις κ.α. επεκτείνεται, και το αποτέλεσμά του (δηλαδή η καμπύλωση της τροχιάς των σωματιδίων) μπορεί να είναι σημαντικό. Απ’ όσα προηγήθηκαν, συμπεραίνεται ότι, εξαιτίας των διαφορετικών διευθύνσεων προέλευσης των ταχυτήτων και των φορτίων των σωματιδίων που πλησιάζουν τη Γη, αυτά υφίστανται αποκλίσεις περισσότερο ή λιγότερο αισθητές και τέτοιας μορφής ώστε τα σωματίδια αυτά είτε καταλήγουν στην επιφάνεια της Γης υπό ορισμένες γωνίες είτε δεν φτάνουν καθόλου στον προορισμό τους. Η δράση του μαγνητικού πεδίου έχει δύο σημαντικά επακόλουθα: επιφέρει τη μείωση της έντασης της κοσμικής ακτινοβολίας από τους πόλους προς τον ισημερινό (αποτέλεσμα πλάτους)· επίσης, με την υπόθεση ότι το ηλεκτρικό φορτίο των αφικνούμενων σωματιδίων είναι βασικά ενός σημείου, το μαγνητικό πεδίο, λόγω της εξάρτησης της μαγνητικής δύναμης από το σημείο του φορτίου, προκαλεί μια ασυμμετρία στον αριθμό των σωματιδίων που φτάνουν σε ένα ορισμένο σημείο της επιφάνειας της Γης, ανάμεσα σε αυτά που προέρχονται από Δ ή Α (αποτέλεσμα Ανατολής-Δύσης). Η καθ’ ύψος εξερεύνηση παρέχει μία ακόμη σημαντική πληροφορία σχετικά με την κατανομή της κοσμικής ακτινοβολίας. Φανερώνει ότι η ένταση της ακτινοβολίας είναι αρκετά ασθενής στο υπέδαφος, αυξάνει σε συνάρτηση με το ύψος μέχρις ενός μέγιστου και κατόπιν μειώνεται, φτάνοντας σε μια τιμή που διατηρείται σταθερή με την αύξηση του ύψους. Το αποτέλεσμα πλάτους, στο οποίο, όπως προαναφέρθηκε, υπόκειται η κοσμική ακτινοβολία στο σύνολό της, οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η πρωτογενής ακτινοβολία αποτελείται κυρίως από φωτισμένα σωματίδια. Εκτός αυτού, το αποτέλεσμα Ανατολής-Δύσης παρατηρείται σαφέστερα στη στάθμη της θάλασσας και είναι ουσιαστικά σχετικό προς τη σκληρή συνιστώσα, οδηγώντας στο μάλλον πολύπλοκο συμπέρασμα ότι τα πρωτογενή σωματίδια έχουν θετικό φορτίο. Σήμερα, ύστερα από πολυάριθμα πειράματα, θεωρείται ότι η πρωτογενής ακτινοβολία αποτελείται κυρίως από πρωτόνια και πυρήνες άλλων στοιχείων με υψηλές τιμές ενέργειας. Αρκετά σημαντικό χαρακτηριστικό της πρωτογενούς ακτινοβολίας είναι η ισοτροπία, δηλαδή η έλευσή της από το Διάστημα με ίσες εντάσεις από όλες τις διευθύνσεις. Η ένταση της ακτινοβολίας αυτής υπόκειται περιοδικά σε μεταβολές, στενά συνδεδεμένες με φαινόμενα που συμβαίνουν πάνω στην επιφάνεια της Γης. Αυτές οι μεταβολές παρακολουθούνται από σταθμούς εδάφους, μέσω της μελέτης της έντασης μιας ομάδας σωματιδίων (πυρήνες και νετρόνια) που αποτελούν ένα μέρος της αμελητέας, υπό άλλες απόψεις, δευτερογενούς ακτινοβολίας. Επιβεβαιώθηκε έτσι ότι, σε αντιστοιχία προς το φαινόμενο των ηλιακών εκρήξεων, υπάρχει μια εκπομπή σωματιδίων προς τη Γη, τα οποία αυξάνουν προσωρινά την ένταση της πρωτογενούς ακτινοβολίας μαζί με τα σωματίδια διαπλανητικής προέλευσης που υπάρχουν σταθερά. Επιβεβαιώθηκαν επίσης προσωρινές μειώσεις της έντασης χάρη στην προστατευτική δράση που ασκούν επί των κοσμικών σωματιδίων κάποιες πολύ αραιές αέριες μάζες, οι οποίες επίσης αποβάλλονται από την επιφάνεια του Ηλίου. Άλλες μεταβολές μεγαλύτερης ή μικρότερης περιόδου βρίσκονται ακόμα στο στάδιο της μελέτης. Η εξέταση της χημικής σύστασης της πρωτογενούς ακτινοβολίας οδήγησε σε ένα ενδιαφέρον συμπέρασμα. Αποδείχθηκε ότι τα διάφορα στοιχεία παρουσιάζονται στην ακτινοβολία με μια αναλογία που θυμίζει τη σχετική αφθονία τους στα ουράνια σώματα. Προέλευση. Η ισοτροπία της πρωτογενούς ακτινοβολίας κατά το διάστημα της απουσίας διαταραχών ηλιακής προέλευσης, η ύπαρξη σωματιδίων με πολύ υψηλές ενέργειες και το γεγονός ότι οι μεταβολές της έντασης ως συνέπεια των ηλιακών φαινομένων είναι ανισότροπες και οφείλονται σε σωματίδια με σχετικά χαμηλές ενέργειες, αποτελούν κάποια από τα κυριότερα επιχειρήματα υπέρ της υπόθεσης ότι οι κ.α. έχουν προέλευση εκτός του ηλιακού συστήματος, σε πηγές κατανεμημένες στον γαλαξία μας και ακόμα έξω από αυτόν. Η ακτινοβολία που προέρχεται από αυτές τις πηγές μπορεί να καταστεί ισότροπη από τη δράση των μαγνητικών πεδίων που υπάρχουν στους διαστρικούς χώρους, ενώ ιδιαίτερα φαινόμενα προμηθεύουν στα σωματίδια μεγάλες ενέργειες, όμοιες με εκείνες που έχουν παρατηρηθεί. Έχουν προταθεί διάφοροι μηχανισμοί, κατάλληλοι να εξηγήσουν το φαινόμενο της παραγωγής σωματιδίων με υψηλή ενέργεια που αποτελούν τις κ.α., αλλά τα υπάρχοντα πειραματικά δεδομένα είναι ελλιπή για να αποφασιστεί ποια άποψη αγγίζει περισσότερο την πραγματικότητα. Έτσι, η προέλευση των κ.α. παραμένει μεταξύ των πιο ελκυστικών και επίκαιρων προβλημάτων της σύγχρονης φυσικής. Κοσμικές ακτίνες στην ατμόσφαιρα. Ένα πρωτογενές σωματίδιο με υψηλή ενέργεια, χτυπώντας τον πυρήνα ενός ατόμου της ατμόσφαιρας, προκαλεί τη διάσπαση με εκπομπή νουκλεονίων (πρωτόνια και νετρόνια), μεσονίων π και άλλων σωματιδίων. Τα νουκλεόνια προκαλούν άλλες πυρηνικές διασπάσεις, που δίνουν αφορμή σε έναν πραγματικό κλιμακωτό καταιγισμό νουκλεονίων. Τα φορτισμένα π-μεσόνια διασπώνται σε μ-μεσόνια και νετρίνα. Τα ηλεκτρικά ουδέτερα π-μεσόνια διασπώνται σε ακτίνες γ υψηλής ενέργειας, που υλοποιούνται σε ζεύγη θετικών και αρνητικών ηλεκτρονίων, τα οποία με τη σειρά τους εκπέμπουν με πέδηση μία ακτίνα γ, που υλοποιείται ακόμη σε ένα ζεύγος ηλεκτρονίων. Έχουμε με τον τρόπο αυτό μία διαδικασία πολλαπλασιασμού των ηλεκτρονίων –με φθίνουσα ενέργεια– που δίνει αφορμή σε έναν καταιγισμό φωτοηλεκτρονίων μέσα στη γήινη ατμόσφαιρα.