Co to jest promień kosmiczny o ultra wysokiej energii?

Promienie kosmiczne to cząsteczki subatomowe lecące w przestrzeni kosmicznej z dużą prędkością we wszystkich kierunkach. Około 90% z nich to protony, 9% to jądra helu, a 1% to elektrony. W przeciwieństwie do ich nazewnictwa, promienie kosmiczne są cząsteczkami energetycznymi, a nie promieniami per se. Na Ziemi możemy wykryć promienie kosmiczne, gdy zderzą się z górną atmosferą i uwolnią deszcz naładowanych cząstek. Obserwując, jak intensywny jest deszcz cząstek, możemy wywnioskować energię i kierunek promienia kosmicznego.

Promień kosmiczny o ultra wysokiej energii (UHECR) jest rodzajem promienia kosmicznego o niezwykle wysokiej energii. Nie ma oficjalnego limitu odcięcia definiującego promień kosmiczny o ultra wysokiej energii, ale termin ten ogólnie odnosi się do promieni kosmicznych zbliżających się lub przekraczających limit Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) energii promieniowania kosmicznego. Limit GZK odpowiada energii progowej wynoszącej 6 x 10 ¹⁹ elektronowoltów, około dziesięć milionów razy większej energii niż cząstki w najpotężniejszych akceleratorach cząstek. Powyżej tej granicy uważa się, że promienie kosmiczne oddziałują z kosmicznym tłem mikrofalowym, wytwarzając egzotyczne cząstki zwane pionami, obniżając w ten sposób ich energię do granicy GZK.

Jednak zaobserwowano, że promienie kosmiczne przekraczają granicę GZK. Jest to tajemnica fizyki i może być wskazówką dla teorii fizycznych, które zastępują teorie Einsteina, według uznanych fizyków, takich jak Lee Smolin. Jeden taki promień kosmiczny, zaobserwowany w Dugway Proving Grounds w Utah i nazywany cząsteczką Oh-My-God, miał energię około 3 x 10 ²⁰ elektronowoltów. Jest to mniej więcej odpowiednik dobrze rzuconego baseballu - ale tutaj mówimy o cząsteczce mniejszej niż typowe jądro atomowe. Szacuje się, że cząstka ta podróżowała z prędkością około 1–5 x ^10–24 prędkości światła. Oznacza to, że gdyby promień kosmiczny ścigał się z fotonem (cząstką światła), po całym roku podróży promień kosmiczny byłby tylko 46 nanometrów za oryginalnym fotonem.

Od czasu odkrycia cząstki Oh-My-God w 1991 r. Zarejestrowano co najmniej piętnaście podobnych zdarzeń, co dowodzi, że promienie kosmiczne o ultra wysokiej energii są prawdziwym zjawiskiem. Ponieważ takie cząstki są tak energetyczne, jest mało prawdopodobne, aby oddziaływały na nie pola magnetyczne galaktyk, dlatego prawdopodobnie przemieszczałyby się w linii prostej od punktu początkowego. Ale nic ciekawego nie znaleziono w kierunku nieba, skąd pochodzi promień kosmiczny. Dlaczego? Nie wiemy