👎🏾 💳 💒 太空粒子破碎速度记录 🚍 👨🏾‍🏭 ✊🏼

1991年10月15日晚上，一个名为Oh-My-God的粒子穿过犹他州的天空。

它是宇宙辐射，包含320毫伏（10 ¹⁸ eV）的能量-比大型强子对撞机所能达到的粒子高一百万倍。粒子的速度如此之快，以至于如果它与光竞争，那将是一年后其头发厚度的1/1000。里面的能量是如此之多，就好像您要将保龄球放在手指上一样-仅在保龄球中，原子的数量就与天空中的星星一样多。犹他大学的天体物理学家戴维·基达（David Kieda）说：“没有人期望将很多能量推入一个粒子中。”

在旧拖车的一个荒芜的山顶上，离粒子掉落的地方五英里处住着老鼠，并担任研究员。活动开始前不久，日落时，绰号为“斯蒂芬”的罗孟之（Mengzhi Luo）打开了“蝇眼”探测器的计算机。这是一堆位于裸露地面上的十几个球面镜的阵列。每个镜子都固定在一个由下水道制成的“锡罐”内，白天向下看，这样它的敏感传感器就不会受到太阳辐射的影响。在一个黑暗无月的夜晚，随着黑暗的来临，罗将罐头面向天空。

“实验还很原始，”基达说，他与《蝇眼》以及罗和其他科学家一起工作。 “但是最主要的是它起作用了。”

苍蝇之眼

1981年至1993年，《蝇眼》在犹他州西部沙漠的军事训练场工作。他是第一个使用“空气荧光”技术确定高能宇宙射线的能量和方向的技术，高能宇宙射线使用氮分子发射的光作为光线穿过大气层。 1991年，“苍蝇之眼”发现了宇宙射线，这一射线至今仍被认为是探测到的最高能量的粒子。

明年夏天，在“苍蝇之眼”中发现了Oh-My-God粒子的微弱发光痕迹（“ Adored”（Autodesk创始人John Walker在他的早期网络文章之一中称其为））。一年后，在一群科学家使自己相信其现实之后，有关他的消息才出现。粒子打破了打了他几十年的速度记录。在此之前，它是由肯尼思·格赖森（Kenneth Greisen），乔治·扎塞平（Georgy Zatsepin）和瓦迪姆·库兹明（Vadim Kuzmin）-60 EeV发现的粒子安装的。他们相信，任何更大能量的粒子都会在与宇宙背景辐射的相互作用中失去它。能量损失的这一原理被称为“ GZK的损失”，表明一个“可爱”的粒子从附近的物体-也许是从我们的银河系超级星团飞向了我们。但是要获得它，将需要比例无法想象的空间加速器。而且在飞行的方向上，科学家找不到合适的东西。

“好像你院子里有一只看不见的大猩猩，向你扔保龄球一样，”基达说。

“可爱”粒子从何而来？她甚至是怎么出现的？是她吗这些问题促使科学家们建造了更加复杂的探测器，此后，它们记录了成千上万个超过1 EeV的超高能宇宙射线，包括数百个能量超过60 EeV的超GZK事件（但是，没有一个达到320 EeV）。

打破GZK记录的粒子可能瞥见了原本无法到达的物理学领域-甚至可能将量子物理学与空间演化联系起来。或者，至少，发现惊人的天体物体，直到那时，这些天体似乎只是在望远镜镜头上指向。但是随着时间的流逝，研究只会导致更多的混乱。宾夕法尼亚州立大学天文学家保罗·索默斯（Paul Sommers）专门研究超高能宇宙射线，他说：“很难解释这些发现，并将其与任何现有理论联系起来。” “任何假设都存在问题。”

宇宙射线波动的对数图作为能量的函数。这条线有两个弯曲，分别称为频谱的“膝盖”和“脚踝”

直到最近，研究人员发现了天空中的“热点”，捕获了多个高能粒子，才得以沿着理解高能宇宙射线的道路前进。

脚踝问题

每秒，每平方米的地球都被成千上万的宇宙射线刺穿。直到1910年奥地利物理学家维克多·赫斯（Victor Hess）乘坐气球升空时，才发现它们。他了解到电离辐射的数量随高度而增加。他在日食期间进行了测量，发现无论太阳如何，大部分辐射都照射到了我们身上。为此，他于1936年获得了诺贝尔奖。

宇宙射线从四面八方穿透我们的星球，并且能量分布平稳。在海平面上，我们会遇到低水平的辐射，这是射线与大气相互作用的一种衍生形式。大多数射线是单个质子，其余大多数射线是较重的原子核，其中一些是电子。具有更多能量的射线很少见。它们中最稀有的具有超过1 EeV的能量，每一百年一次落入行星的平方公里。

如果根据它们的能量绘制通过检测器的光线数量，则会得到一条线，该线具有负斜率和两个弯曲度-“膝盖”和“脚踝”。从理论上讲，这些过剩表明不同性质的射线或来自更强大能量源的射线之间的过渡。但是这些类型是什么，有哪些来源？

像许多专家一样，德国伍珀塔尔大学的天体物理学教授，天文台的代表卡尔·海恩斯·坎珀特（Karl-Hayens Kampert）。皮埃尔·奥格（Pierre Auger）是世界上最大的超高能射线探测器，他认为，当飞机切换到超音速时，类似于爆裂声的现象会加速宇宙射线。坎伯特说：“冲击加速度”是“在宇宙中不同尺度发生的基本过程”。从太阳耀斑到恒星爆炸，从快速旋转的脉冲星到星系活跃核发出的辐射。所有这些都是超音速等离子体运动的结果，这导致了冲击波的出现，冲击波形成了质子和其他粒子的表面层。粒子在波内跳跃，并从波的边缘反射，陷在等离子体的磁场和真空空间之间。每次跳跃，粒子都会获得能量。坎珀特说：“然后她爆发了，然后穿过宇宙，被传感器捕获。”

但是，尝试将不同的爆炸波与接收到的宇宙射线能量的光谱进行比较，使天体物理学家陷入了困境。人们会期望“膝盖”和“脚踝”标志着爆炸波中质子和原子核能被激发的最高点。计算表明，质子在0.001 EeV处达到极限-实际上，这与该图一致。较重的原子核应达到0.1 EeV的能量，然后让位于银河系之外的，来自我们银河系中无法找到的更强大的射线，这些射线本身可能是银河系的大小。但是，在测量中获得的“脚踝”在5 EeV的范围内，比银河系宇宙射线的理论最大值大一个数量级。没有人知道为什么会这样。

脚踝后部大约60 EeV处，线开始趋于零，画出了类似脚趾的形状。这可能是GZK限制，超过此限制，宇宙射线在与背景辐射相互作用时会很快失去能量。坎佩特称此极限存在，是关于宇宙射线的“唯一清晰的预测”，这一点已被以下称为“高分辨率蝇眼，高分辨率”的“蝇眼”探测器确认。从该位置开始，能谱减小到一团超级GZK颗粒，并以320 EeV结束，只有一个点-“可爱”。

GZK限制的存在表明物理定律按预期工作。克服了这一限制的粒子不会反驳它们，而只会飞近，而背景辐射也无法带走它们的能量。但是它们从何而来？20年来，似乎粒子无处不在。但是最后，在北半球发现了一个“热点”。

保暖

在犹他州，最新的后代是一个762平方公里的探测器阵列，距首个“蝇眼”只有3小时的车程。称为望远镜阵列。自2008年以来，该实验跟踪了数十亿颗宇宙粒子的通过。犹他大学物理学和天文学教授，TA的女发言人Gordon Thomson表示：“多年来，我们一直观察到热点的统计重要性不断提高。”

在57 EeV越过上限的87条宇宙射线中，27％来自天球面积的6％

最初，在以大熊座为中心的反GZK射线的热点不引起人们的兴趣。但是在过去的一年中，它的统计意义达到了4 sigma，即它是真实的概率为99.994％。 Thomson和小组必须达到5 sigma的值才能正式宣布这一发现（他们希望这一发现会在6月发生）。

“这令人兴奋，”林登说。额外的数据将帮助他们确定热点的位置（现在，由于星系和地球磁场中宇宙射线的偏离，该热点变得模糊了）。看不见的大猩猩很快就会出现。

同时，一些感兴趣的粒子积聚在IceCube传感器中，这是在南极下方存储的一立方公里的冰。四年来，IceCube一直跟踪几乎没有与物质相互作用的中微子的痕迹，但在整个宇宙中都发现了中微子的痕迹。

有时中微子与穿过IceCube的原子相互作用，并且可以检测到此过程中发生的辐射。它们的运动方向绘制了一个新的宇宙图，可以将其与高能射线和光的图进行比较。 2013年，IceCube的研究人员宣布观察到第一对能量为0.001 EeV的高能中微子，他们将其称为Bert和Ernie。它们可能来自高能宇宙射线的来源。中微子比其他射线有优势-它们不带电荷，因此它们始终沿直线飞行。

IceCube中微子天文台

在IceCube运行期间发现的54个高能中微子中，有4个是从“热”区域飞来的。如Linden所说，这是“相关的暗示”：由于中微子的传播速度比宇宙射线快，因此它们的共同来源可以发射我们的高能粒子很多年。科学家抛弃了诸如伽马射线爆发之类的短期辐射源，并正在考虑寿命更长的过程，例如，一个具有新生恒星的星系和一个位于中心的超大质量黑洞。 Linden说：“在未来几年中，我们将捕获更多中微子并检查其相关性。”

除宇宙辐射和中微子外，科学家还研究伽马辐射。纳米比亚的HESS（高能立体镜系统）项目和亚利桑那州的VERITAS（超高能辐射成像望远镜阵列系统）正在研究它们，与参与“蝇眼”项目相同的Kieda也正在研究中。三种现象的结合应有助于检测和阐明宇宙中最强大的粒子加速器的图像。

汤姆森准备打赌它们将是被称为“ 银河丝 ” 的星系和暗物质链，这是宇宙中最大的结构，具有数亿光年的长度。他说，科学家有几个“有趣的地方”需要研究，您只需要收集更多的数据即可。

排干游泳池

来自天文台的坎伯特。另一方面，皮埃尔·奥格（Pierre Auger）处理高能粒子的问题。他问：“他们是什么样的人？”

维克多·赫斯（Victor Hess）发现了宇宙辐射，它在气球中上升，

一些天体物理学家认为俄歇天文台“倒霉”。它占地3,000平方公里。在阿根廷的领域，它收集的数据比望远镜阵列多得多，但无法检测到南半球的任何“热点”。她收集到的证据表明，在半人马座Alpha星系的核心方向上存在少量反GZK射线。但也许她仍然无法收集足够的数据来自信地指向热点。缺乏数据本身可能是一个有趣的谜。

帮助设计和组织俄歇天文台的索默斯说：“我们有很多数据，但看不到类似的东西。” -太神奇了。在80年代，我会赌很多钱，因为有了这样的统计数据，我们就能清楚地看到热点和模式。这令人惊讶。”

此外，宇宙射线光谱末端较重核区域中的图形可以作为线索。就像超新星使质子加速到谱的“拐点”一样，并且超出此限制，只有较重的原子核才能加速-这也是宇宙中最强大的加速器的行为。科学家们可能正在观察宇宙射线光谱的真实终点-质子，然后是氦，碳和铁达到最大值的点。

迄今为止，理论家们一直在尝试想象加速剂的候选者如何将粒子加速到200 EeV，或者作为“可爱”粒子加速到320 EeV，即使它是铁粒子也是如此。

粒子配准的事实令人质疑。在90年代初，临时在犹他大学工作的Sommers协助进行了320 EeV的信号分析。尽管按照当时的标准，一切都得到了很好的衡量，但是当时的“蝇眼”还是“单眼的”-眼睛的第二部分才刚刚完成。他缺乏追随者所具备的准确性和信息。索默斯声称，尽管没有特别的理由怀疑，但仍然存在怀疑。由于现代，更准确的实验室无法利用这种能量捕获任何东西。

另一方面，在计算“可爱”粒子的能量时，一个方向可能会出错。无论如何，这一事实促使人们进一步研究能量超过GZK极限的粒子。但是，即使计算出的能量是错误的，现在也没人会知道。

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