Victor Hess, w locie balonowym na wysokości 5000 m odkrył promieniowanie jonizujące docierające do Ziemi z przestrzeni kosmicznej. Nowoodkryty rodzaj promieniowania nazwany został promieniowaniem kosmicznym.

Powrót z pierwszej przygodowej podróży fizyków, której celem było badanie promieniowania kosmicznego.

Wykorzystując komorę mgłową Dymitr Skobielcyn sfotografował po raz pierwszy cienkie jak duchy ślady pozostawione przez promieni kosmiczne

Ślady cząstek promieniowania kosmicznego widoczne w komorze Wilsona.

Obserwując ślady cząstek promieniowania kosmicznego zarejestrowane przez komorę mgłową  Carl Anderson odkrył antymaterię  w postaci antyelektronu, nazwanego później pozytonem. Pozyton jest cząstką dokładnie podobną do elektronu, lecz z odwrotnym (dodatnim) ładunkiem. Rozgorzała debata nad naturą promieniowania kosmicznego. Zgodnie z teorią Roberta Millikana uznano je za promieniowanie gamma docierające do Ziemi z Kosmosu. Z czasem przybywało jednak dowodów, że promieniowanie kosmiczne to wysokoenergetyczne cząstki naładowane.

Seth Neddermeyer i Carl Anderson odkryli nową, elementarną, bardzo lekką cząstkę i nazwali ją mezonem µ (mionem). Pozyton i mion były pierwszymi w serii cząstek lżejszych od atomu odkrytych dzięki badaniom promieni kosmicznych. Dało to początek nowej dziedzinie fizyki - fizyce cząstek elementarnych. Fizycy cząstek wykorzystywali promienie kosmiczne do swych badań aż do lat 1950-tych kiedy to powstały pierwsze akceleratory cząstek.

Carl Anderson, jeden z odkrywców mionu, laureat nagrody Nobla przyznanej mu za odkrycie antymaterii.

Pierre Auger, który umieścił detektory cząstek wysoko w Alpach zauważył, że dwa detektory odległe od siebie o wiele metrów  często sygnalizują nadejście promieni kosmicznych dokładnie w tym samym czasie. Odkrył w ten sposób "wielkie pęki kosmiczne" - pęki wtórnych, subatomowych cząstek powstałych w zderzeniach pierwotnych, wysokoenergetycznych cząstek promieni kosmicznych z molekułami powietrza. Auger wyliczył, że cząstki które wywołały zarejestrowane pęki, miały energie rzędu 10¹⁵ eV - czyli 10 milionów razy wyższych niż znane uprzednio.

Pierre Auger

(CERN photo).

Grupy badaczy kierowane przez Bruno Rossiego w USA i Grigorija Zacepina w ZSRR rozpoczęły eksperymenty, których celem było badanie struktury wielkich pęków odkrytych przez Augera. Skonstruowali oni pierwsze sieci detektorów do badania wielkich pęków atmosferycznych.

Grigorij Zatsepin instalujący aparaturę wielkopękową w górach Pamir.

Enrico Fermi zaproponował teorię przyspieszania promieni kosmicznych. Zgodnie z nią  promienie kosmiczne przyspieszane są przez odbicia od obłoków magnetycznych poruszających się w przestrzeni międzygalaktycznej. Wiemy dziś, że eksplodujące gwiazdy (supernowe) działają jako takie akceleratory kosmiczne, choć nie mogą one przyspieszać promieni kosmicznych do najwyższych obserwowanych energii.

Pozostałość po wybuchu supernowej SNR 1572 (Tycho).  Zdjęcie wykonane przy pomocy satelity Rosat.

John Linsley i jego współpracownicy zarejestrowali po raz pierwszy w detektorze Volcano Ranch w Nowym Meksyku cząstki promieniowania kosmicznego o energii około 10²⁰ eV.

J.Linsley sprawdza, czy w trawie okrywającej detektor nie ma grzechotnika.

W latach 1960-tych Arno Penzias i Robert Wilson odkryli, że niskoenergetyczne mikrofale wypełniają Wszechświat. Wkrótce potem Kenneth Greisen, Vadim Kuzmin i Grigorij Zacepin zauważyli, że wysokoenergetyczne promienie kosmiczne muszą oddziaływać z tym promieniowaniem mikrofalowym, co prowadzi do redukcji ich energii. W wyniku takiego procesu cząstki, przebywając ogromne międzygalaktyczne odległości, nie mogą mieć energii większej niż 5*10¹⁹ eV .

Mapa tła mikrofalowego Wszechświata zarejestrowana przez satelitę COBE. 

Grupa fizyków pracujących w eksperymencie "Oko Muchy" zarejestrowała przypadek o energii 3*10²⁰ eV. Pojedyncze przypadki o energiach około 10²⁰ eV rejestrowano w różnych eksperymentach w czasie ostatnich 30 lat, lecz ten ma niewątpliwie najwyższą energię.

Aparatura eksperymentu "Oko Muchy" w stanie Utah w USA, powyżej - wnętrze pojedynczego detektora (zwierciadło + fotopowielacze).

Grupy badaczy w eksperymentach AGASA w Japonii i Jakuck w Rosji doniosły o zaobserwowaniu przypadków o energii 2*10²⁰ eV. Razem z przypadkiem Oka Muchy - były to  cząstki najwyższej energii które dotarły do  Ziemi z Kosmosu.

Akeno, Japonia

widok sieci detektorów AGASA (Akeno Giant Air Shower Array).

Międzynarodowa grupa badaczy rozpoczęła przygotowania do budowy nowego obserwatorium promieni kosmicznych o nazwie "Projekt Pierre Auger" - dla uhonorowania pamięci odkrywcy wielkich pęków atmosferycznych. W nowym obserwatorium zbudowany zostanie ogromny detektor, który pozwoli zarejestrować i zmierzyć dużą liczbę promieni kosmicznych najwyższych energii. Wierzymy, że badanie kierunków przychodzenia promieni kosmicznych najwyższych energii pozwoli lepiej zrozumieć naturę i ewolucję Wszechświata.

Ilustracja detektorów Obserwatorium Pierre Auger.