Was ist ein Ultrahochenergetischer Kosmischer Strahl?

Kosmische Strahlung ist ein subatomares Teilchen, das mit großer Geschwindigkeit in alle Richtungen durch den Weltraum fliegt. Etwa 90% von ihnen sind Protonen, 9% Heliumkerne und 1% Elektronen. Im Gegensatz zu ihrer Bezeichnung sind kosmische Strahlen eher energetische Teilchen als Strahlen an sich. Auf der Erde können wir kosmische Strahlen erkennen, wenn sie mit der oberen Atmosphäre kollidieren und einen Schauer geladener Teilchen freisetzen. Indem wir beobachten, wie intensiv die Partikeldusche ist, können wir die Energie und Richtung der kosmischen Strahlung ableiten.

Ein Ultrahochenergetischer Kosmischer Strahl (UHECR) ist eine Art kosmischer Strahlung mit einer ungewöhnlich hohen Energie. Es gibt keine offizielle Grenzwertgrenze, die einen ultrahohenergetischen kosmischen Strahl definiert. Der Begriff bezieht sich jedoch im Allgemeinen auf kosmische Strahlen, die sich der Greisen-Zatsepin-Kuzmin-Grenze (GZK) für kosmische Strahlenenergie nähern oder diese überschreiten. Die GZK-Grenze entspricht einer Schwellenenergie von 6 · 10¹ & sup9; Elektronenvolt, die etwa zehn Millionen Mal energetischer ist als die Teilchen in den stärksten Teilchenbeschleunigern. Oberhalb dieser Grenze wird angenommen, dass kosmische Strahlen mit dem kosmischen Mikrowellenhintergrund interagieren, um exotische Teilchen, sogenannte Pionen, zu erzeugen, wodurch ihre Energie auf die GZK-Grenze gesenkt wird.

Es wurde jedoch beobachtet, dass kosmische Strahlung die GZK-Grenze überschreitet. Dies ist ein Rätsel der Physik und könnte laut angesehenen Physikern wie Lee Smolin ein Hinweis auf physikalische Theorien sein, die denen von Einstein folgen. Ein solcher kosmischer Strahl, der auf den Dugway Proving Grounds in Utah beobachtet und als Oh-My-God-Teilchen bezeichnet wurde, hatte eine Energie von etwa 3 × 10 ²⁰ Elektronenvolt. Dies entspricht in etwa dem eines gut geworfenen Baseballs - hier geht es jedoch um ein Teilchen, das kleiner ist als ein typischer Atomkern. Es wird geschätzt, dass sich dieses Teilchen mit einer Lichtgeschwindigkeit von etwa 1 bis 5 · 10 & ^supmin ; & ^{sup4; bewegte} . Dies bedeutet, dass die kosmische Strahlung nach einem ganzen Jahr nur 46 Nanometer hinter dem ursprünglichen Photon liegt, wenn die kosmische Strahlung auf ein Photon (Lichtteilchen) trifft.

Seit der Entdeckung des Oh-My-God-Teilchens im Jahr 1991 wurden mindestens fünfzehn ähnliche Ereignisse aufgezeichnet, die belegen, dass ultrahohe kosmische Strahlen ein echtes Phänomen sind. Da solche Teilchen so energiereich sind, ist es unwahrscheinlich, dass sie von den Magnetfeldern von Galaxien beeinflusst werden, sodass sie sich wahrscheinlich in einer direkten Linie von ihrem Ursprungsort aus fortbewegen. In Himmelsrichtung, woher die kosmische Strahlung kam, wurde jedoch nichts Interessantes gefunden. Warum ist das so? Wir wissen es nicht.