Qu'est-ce qu'un rayon cosmique à ultra haute énergie?
Les rayons cosmiques sont des particules subatomiques qui volent dans l'espace à grande vitesse dans toutes les directions. Environ 90% d'entre eux sont des protons, 9% des noyaux d'hélium et 1% des électrons. Contrairement à leur nom, les rayons cosmiques sont des particules énergétiques plutôt que des rayons en soi. Sur Terre, nous pouvons détecter les rayons cosmiques lorsqu'ils entrent en collision avec la haute atmosphère et libérer une pluie de particules chargées. En observant l'intensité de la pluie particulaire, nous pouvons déduire l'énergie et la direction du rayon cosmique.
Un rayon cosmique à ultra haute énergie (UHECR) est un type de rayon cosmique à énergie anormalement élevée. Il n'y a pas de limite officielle définissant un rayon cosmique à ultra haute énergie, mais le terme fait généralement référence aux rayons cosmiques approchant ou dépassant la limite de Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) sur l'énergie des rayons cosmiques. La limite GZK correspond à une énergie seuil de 6 x 10 19 électronvolts, environ dix millions de fois plus énergétique que les particules des accélérateurs de particules les plus puissants. Au-dessus de cette limite, on pense que les rayons cosmiques interagissent avec le fond cosmique hyperfréquence pour produire des particules exotiques appelées pions, réduisant ainsi leur énergie à la limite GZK.
Mais les rayons cosmiques ont été observés dépassant la limite GZK. Ceci est un mystère de la physique et pourrait faire allusion à des théories physiques qui succèdent à celles d'Einstein, selon des physiciens respectés tels que Lee Smolin. L'un de ces rayons cosmiques, observé à Dugway Proving Grounds dans l'Utah et surnommé la particule Oh-My-God, avait une énergie d'environ 3 x 10 20 électron-volts. Cela équivaut à peu près à celui d'une balle de baseball bien projetée. Pourtant, nous parlons ici d'une particule plus petite qu'un noyau atomique typique. On estime que cette particule se déplaçait à environ 1 - 5 x 10 -24 fois la vitesse de la lumière. Cela signifie que si le rayon cosmique courait un photon (particule de lumière), après une année entière de voyage, le rayon cosmique n'aurait que 46 nanomètres de retard sur le photon d'origine.
Depuis la découverte de la particule Oh-My-God en 1991, au moins quinze événements similaires ont été enregistrés, prouvant que les rayons cosmiques à ultra haute énergie sont un phénomène réel. Étant donné que ces particules sont si énergiques, il est peu probable qu'elles soient affectées par les champs magnétiques des galaxies. Elles se déplaceraient donc probablement en ligne directe depuis leur point d'origine. Mais rien d'intéressant n'a été trouvé dans la direction du ciel d'où le rayon cosmique provenait. Pourquoi donc? Nous ne savons pas