Hva er en kosmetisk stråle med høy energi?

Kosmiske stråler er subatomære partikler som flyr gjennom verdensrommet med stor hastighet i alle retninger. Omtrent 90% av dem er protoner, 9% er heliumkjerner og 1% er elektroner. I motsetning til deres navn er kosmiske stråler energiske partikler i stedet for stråler i seg selv. På jorden kan vi oppdage kosmiske stråler når de kolliderer med den øvre atmosfæren og slipper en dusj med ladede partikler. Ved å observere hvor intens partikkeldusjen er, kan vi utlede energien og retningen til den kosmiske strålen.

En kosmisk stråle med høy høy energi (UHECR) er en type kosmisk stråle med en anomalt høy energi. Det er ingen offisiell avskjæringsgrense som definerer en kosmisk stråle med høy energi, men begrepet refererer generelt til kosmiske stråler som nærmer seg eller overskrider Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) -grensen for kosmisk strålenergi. GZK-grensen tilsvarer en terskel energi på 6 x 10 ¹⁹ elektronvolt, omtrent ti millioner ganger mer energisk enn partiklene i de kraftigste partikkelakseleratorene. Over denne grensen antas det at kosmiske stråler samhandler med den kosmiske mikrobølgebakgrunnen for å produsere eksotiske partikler kalt pioner, og derved senke energien sin til GZK-grensen.

Men kosmiske stråler er observert som overskrider GZK-grensen. Dette er et mysterium av fysikk og kan være et hint til fysiske teorier som lykkes med Einsteins, ifølge respekterte fysikere som Lee Smolin. En slik kosmisk stråle, observert på Dugway Proving Grounds i Utah og kallenavnet Oh-My-God-partikkelen, hadde en energi på omtrent 3 x 10 ²⁰ elektronvolt. Dette tilsvarer omtrent det med en godt kastet baseball - men her snakker vi om en partikkel som er mindre enn en typisk atomkjerne. Det anslås at denne partikkelen beveget seg med omtrent 1 - 5 x ^10-24 lysets hastighet. Dette betyr at hvis den kosmiske strålen kjørte et foton (lyspartikkel), etter et helt år med reise, ville den kosmiske strålen bare ligge 46 nanometer bak det opprinnelige fotonet.

Siden oppdagelsen av Oh-My-God-partikkelen i 1991, er det registrert minst femten lignende hendelser, noe som beviser at kosmiske stråler med høy høy energi er et reelt fenomen. Siden slike partikler er så energiske, er det lite sannsynlig at de vil bli påvirket av magnetfeltene til galakser, så de vil sannsynligvis reise i en direkte linje fra deres utgangspunkt. Men ingenting av interesse ble funnet i retning av himmelen der den kosmiske strålen oppstod. Hvorfor det? Vi vet ikke.