Все знают, что ускорители элементарных частиц ускоряют элементарные частицы. Для этого строят огромные и дорогие сооружения. Но элементарные частицы прекрасно ускоряются и при множестве природных процессов, которые происходят без помощи человека. Естественные ускорители можно найти и у себя дома, и в глубоком космосе.
Например, когда вы снимаете с себя свитер или расчесываетесь пластмассовой расческой, проскакивают искры статического электричества. Во время такого разряда электроны разгоняются до энергии в несколько электроновольт. В кристаллах пироэклектриков (материалах, электризующихся при нагревании) электронам может сообщаться еще большая энергия — до нескольких кэВ. В пироэлектриках даже удалось запустить реакцию термоядерного синтеза, но только в очень малом объеме.
Даже во время обычной непогоды заряженные частицы разгоняются природными силами. Внутри грозовых молний электроны достигают энергии в десятки МэВ. Космические частицы высоких энергий, разогнанные глобальными процессами в глубоком космосе, вызывают полярное сияние. Их энергия достигает сотен кэВ. Солнце, огромный природный магнит, способно порождать пучки заряженных частиц с энергией в сотни Мэв.
Но гораздо больших энергий частицы могут достигать во время глобальных космических процессов. Вспышки сверхновых порождают частицы с энергией в десятки ТэВ. Но самые активные ускорители частиц в природе — это ядра галактик. Иногда там происходят настолько мощные процессы, что их излучение во всех диапазонах затмевает сияние всех остальных звезд галактики. Ученые связывают это с падением вещества на сверхмассивную черную дыру, находящуюся в центре скопления. Здесь частицы ускорятся до сотен Тэв.
В результате этих мощнейших процессов Вселенная пронизана космическими лучами, состоящих из частиц с энергией до миллиона Тэв. Конечно, такие энергии человеку достичь еще не под силу, но мы можем использовать их для наших исследований. В горах, где атмосфера меньше поглощает космические лучи, устанавливают специальные детекторы, улавливающих космическое излучение. Как раз таким образом, используя частицы, разогнанные самой природой, удалось совершить множество открытий. В космических лучах были найдены позитроны, пи-мезоны и многие другие частицы.