Υπάρχει σωματίδιο «Ω! Θεέ μου»; The Particle That Broke a Cosmic Speed Limit

Υπάρχει. Αλλά προσοχή στο όνομα. Όχι «σωματίδιο του Θεού», αλλά σωματίδιο «Ω! Θεέ μου (Oh My God)». Physicists are beginning to unravel the mysteries of ultrahigh-energy cosmic rays, particles accelerated by the most powerful forces in the universe. On the night of October 15, 1991, the “Oh-My-God” particle streaked across the Utah sky.

Το σωματίδιο «Oh My God» ήταν ένα σωματίδιο κοσμικών ακτίνων, πιθανότατα πρωτόνιο, πολύ μεγάλης ενέργειας, το οποίο ανιχνεύθηκε στις 15 Οκτωβρίου 1991, από τον ανιχνευτή High Resolution Fly’s Eye του Πανεπιστημίου της Utah.

The Fly’s Eye array operated out of Dugway Proving Ground, a military base in the desert of western Utah, from 1981 to 1993; it pioneered the “air fluorescence technique” for determining the energies and directions of ultrahigh-energy cosmic rays based on faint light emitted by nitrogen air molecules as the cosmic-ray air shower traverses the atmosphere. In 1991, the Fly’s Eye detected a cosmic ray that still holds the world record for highest-energy particle. Image credit: University of Utah

Η ενέργεια του σωματιδίου ήταν 320×10¹⁸ eV ή 320 ΕeV. Η ενέργεια αυτή είναι εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από την ενέργεια των σωματιδίων που επιταχύνει ο LHC, αλλά και αρκετά εκατομμύρια φορές από τις υψηλότερες ενέργειες σωματιδίων κοσμικής ακτινοβολίας που είχαν ανιχνευτεί μέχρι τότε.

Γραφική παράσταση της ροής των κοσμικών ακτίνων συναρτήσει της ενέργειας. Το τελευταίο σημείο κάτω δεξιά παριστάνει το σωματίδιο «Ω! Θεέ μου». A logarithmic plot showing the flux of cosmic rays as a function of energy. The line has two bends (where its slope changes), known as the cosmic-ray energy spectrum’s “knee” and “ankle.” Image credit: Olena Shmahalo/Quanta Magazine. Original data via S. Swordy, U. Chicago.

Προφανώς η ανίχνευση ενός σωματιδίου κοσμικής ακτινοβολίας με τόσο μεγάλη ενέργεια σόκαρε τους φυσικούς – εξ ου και το όνομα «Ω! Θεέ μου». Το σωματίδιο ταξίδευε σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός – κι αν υποθέσουμε ότι επρόκειτο για πρωτόνιο η ταχύτητά του έφτανε στα 0,999 999 999 999 999 999 999 9951 της ταχύτητας του φωτός.

Of the 87 cosmic rays surpassing 57 EeV detected thus far by the Telescope Array, 27 percent come from 6 percent of the sky. The hotspot centers on the constellation Ursa Major. Image credit: K. Kawata, University of Tokyo Institute for Cosmic Ray Research

Έκτοτε έχουν καταγραφεί μερικές εκατοντάδες γεγονότα με ενέργειες πάνω από 60 EeV – κανένα όμως δεν έφτασε τα 320 EeV. Η προέλευση του σωματιδίου «Ω! Θεέ μου» παραμένει ακόμα μυστήριο.

At the South Pole, the IceCube Neutrino Observatory is approaching the mystery of ultrahigh-energy cosmic rays by hunting related cosmic neutrinos, which interact with atoms every so often while passing through the sensor-infused, cubic-kilometer block of ice. Image credit: Emanuel Jacobi, NSF

Για τις προσπάθειες ανίχνευσης κοσμικών ακτίνων με υπερ-υψηλές ενέργειες και για τις πιθανές θεωρητικές ερμηνείες μπορείτε να διαβάστε περισσότερα ΕΔΩ: www.quantamagazine.org.