Здоровое сияние растений: определение состава космических лучей сверхвысоких энергий

Здоровое свечение растений

Невооружённым глазом ярко-зелёные листья сигнализируют о здоровье растения. Однако физиологи растений знают: истинным маркером здоровья растительности является свечение низкой интенсивности, исходящее от активных фотосинтезирующих клеток. До недавнего времени у учёных не было инструментов для измерения этого свечения в естественных условиях.

Исследователи из Йоркского университета в Канаде разработали портативный счётчик фотонов, который может обнаруживать изменения в излучении растений в ответ на стрессовые факторы окружающей среды. Это чувствительный новый инструмент для оценки состояния сельскохозяйственных культур и экосистем на месте. Команда представила свою работу на ежегодной встрече Канадской ассоциации физиков (CAP) в июне [1].

Во время фотосинтеза солнечный свет возбуждает молекулы хлорофилла в светособирающем антенно-белковом комплексе, запуская поток электронов, который в конечном итоге питает метаболизм организма. Некоторые из возбуждённых электронов достигают реактивной части хлорофилла и участвуют в окислительно-восстановительных реакциях. При рекомбинации зарядов в конце этих реакций хлорофилл испускает фотоны в красной части спектра. Интенсивность излучаемого света уменьшается по мере того, как рекомбинация зарядов происходит всё реже. Это излучение называется замедленной флуоресценцией. «Это фотосинтетическое сердцебиение организма», — говорит биофизик Йоркского университета Оззи Мермут, старший исследователь в этом исследовании.

С 1970-х годов физиологи растений признают, что интенсивность замедленной флуоресценции напрямую связана с общим состоянием здоровья растения. Традиционно единственным способом измерения этого было использование больших и дорогих фотоумножителей в биологических лабораториях. Но форма кривой затухания излучения зависит от окружающей среды вокруг организма. Диагностика состояния растений в идеале должна проводиться в изменяющихся условиях естественной среды обитания растения.

Определение состава космических лучей сверхвысоких энергий

Несколько десятилетий считалось, что космические лучи сверхвысоких энергий (КЛ СВЭ) почти полностью состоят из протонов. Однако исследователи из обсерватории IceCube на Южном полюсе использовали отсутствие обнаружений нейтрино высоких энергий, чтобы определить, что доля протонов среди КЛ СВЭ составляет менее 70% [1].

КЛ СВЭ — это протоны и более тяжёлые ядра, которые генерируют нейтрино высоких энергий при взаимодействии с фотонами космического микроволнового фона во время своего межгалактического путешествия. Количество генерируемых нейтрино зависит от нескольких факторов, включая состав частиц КЛ СВЭ и расстояния, которые они преодолевают.

За 12,6 лет наблюдений установка IceCube на Южном полюсе не зарегистрировала нейтрино с энергиями выше 10^16^ эВ. Это позволило установить верхний предел доли протонов среди КЛ СВЭ, поскольку более высокая доля протонов привела бы к генерации большего количества нейтрино высоких энергий. Верхний предел в 70% несовместим с некоторыми общепринятыми теориями КЛ СВЭ, которые теперь потребуют пересмотра.

Новые нейтринные результаты согласуются с недавними оценками двух крупных обсерваторий космических лучей, но они не зависят от моделей ядерной физики с присущими им неопределённостями, которые необходимы для наблюдений за космическими лучами.

Наблюдение коллаборации KM3NeT космического нейтрино с энергией 10^17^ эВ не соответствует данным IceCube по статистической мере 3σ (см. [Research News: An Ultrahigh Neutrino Detection Makes Waves](https://physics.aps.org/articles/v18/35)). Чтобы разобраться в расхождении, необходимы данные от установок следующего поколения и новые методы анализа, говорит член коллаборации IceCube Брайан Кларк из Университета Мэриленда в Колледж-Парке.