Обнаружена сверхэнергетическая частица "О, мой Бог" в 1991 году. Энергия – 320 экзаэлектронвольт. Ставит под вопрос теории о происхождении космических лучей.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Ультравысокоэнергетический космический луч, обнаруженный в 1991 году
Ultra high energy cosmic ray detected in 1991
Частица «О, Боже мой» (англ. Oh My God) — ультравысокоэнергетический космический луч, обнаруженный 15 октября 1991 года камерой Fly's Eye на полигоне Dugway Proving Ground, штат Юта, США. Его энергия была оценена в 3,2 (320 экзаэлектронвольт). Энергия частицы оказалась неожиданной и поставила под сомнение общепринятые теории о происхождении и распространении космических лучей.
The Oh My God particle was an ultra high energy cosmic ray detected on 15 October 1991 by the Fly's Eye camera in Dugway Proving Ground, Utah, United States. Its energy was estimated as 3.2 (320 exa eV). The particle's energy was unexpected and called into question prevailing theories about the origin and propagation of cosmic rays.
Скорость
Неизвестно, что это за частица, но большинство космических лучей — это протоны. Если *m₀* — масса частицы в состоянии покоя, а *E* — её кинетическая энергия (энергия свыше энергии массы в состоянии покоя), то её скорость была в *γ* раз больше скорости света. Предположим, что это был протон, для которого *m₀* = 938 МэВ, это означает, что он двигался со скоростью 0,9999999999999999999999951 *c*, его фактор Лоренца был равен 3,2, а быстрота — 27,1. В силу специальной теории относительности, релятивистское замедление времени, испытываемое протоном, движущимся с такой скоростью, было бы огромным. Если протон пришёл с расстояния в 1,5 миллиарда световых лет, то в системе отсчёта протона на преодоление этого расстояния потребовалось бы примерно 1,71 дня.
It is not known what kind of particle it was, but most cosmic rays are protons. If is the rest mass of the particle and is its kinetic energy (energy above the rest mass energy), then its speed was times the speed of light. Assuming it was a proton, for which is 938 MeV, this means it was traveling at 0.9999999999999999999999951 times the speed of light, its Lorentz factor was 3.2 and its rapidity was 27.1. Due to special relativity, the relativistic time dilation experienced by a proton traveling at this speed would be extreme. If the proton originated from a distance of 1.5 billion light years, it would take approximately 1.71 days in the reference frame of the proton to travel that distance.
Сравнения
Энергия частиц "О, мой Бог!" была оценена в 3,2 или 51. Хотя эта величина феноменально велика для одной элементарной частицы – значительно превосходя максимальную энергию, которую современная техника способна создать в эксперименте с частицами – она всё ещё далека от уровня планковской шкалы, где ожидается проявление экзотических физических явлений. Энергия, высвобожденная этой чрезвычайно малой частицей, сопоставима с энергией, выделяющейся при падении массы в 1 кг с высоты 5,2 метра (примерно как высота крыши двухэтажного дома среднего размера) на Землю. Таким образом, субатомная частица обладает энергией, сравнимой с кинетической или потенциальной энергией макроскопического объекта в обычных условиях.
The Oh My God particles energy was estimated as 3.2, or 51. Although this amount is phenomenally large for a single elementary particle – far outstripping the highest energy that human technology can generate in a particle – it is still far below the level of the Planck scale, where exotic physics is expected. The energy released by this extremely small particle is comparable to dropping a 1 kg mass from an height of 5.2 (similar to the roof height of a medium sized two story building) on Earth. So, a sub atomic particle with as much energy as the kinetic or potential energy of a macroscopic object in ordinary conditions.
Сравнение с фотоном
Частица "О, Боже мой" имела энергию фотона в 100 квинтиллионов раз больше, чем у фотона видимого света, что эквивалентно бейсбольному мячу, летящему со скоростью около [укажите скорость, отсутствующую в оригинале]. Ее энергия была в 20 миллионов раз больше максимальной энергии фотона, зарегистрированной в электромагнитном излучении, испускаемом внегалактическим объектом – блазаром Markarian 501.
The Oh My God particle had (100 quintillion) times the photon energy of visible light, equivalent to a baseball travelling at about Its energy was 20 million times greater than the highest photon energy measured in electromagnetic radiation emitted by an extragalactic object, the blazar Markarian 501.
Высокая энергия, но намного ниже шкалы Планка
Хотя энергия частицы была выше, чем всё, достигнутое в наземных ускорителях, она всё равно была примерно в 40 миллионов раз ниже энергии Планка (1.2208901). Для проявления эффектов на планковском масштабе потребовались бы частицы с такой энергией. Протон с такой энергией двигался бы в 1,665 раза ближе к скорости света, чем частица "О, мой Бог". Если наблюдать с Земли, в земной системе отсчёта, фотону потребовалось бы около 3,579 (в 2,59 раза больше нынешнего возраста Вселенной), чтобы догнать протон с энергией Планка, опережающий на 1 см.
While the particle's energy was higher than anything achieved in terrestrial accelerators, it was still about 40 million times lower than the Planck energy (1.2208901). Particles of that energy would be required in order to expose effects on the Planck scale. A proton with that much energy would travel 1.665 times closer to the speed of light than the Oh My God particle did. As viewed from Earth and observed in Earth's reference frame, it would take about 3.579 (2.59 times the current age of the universe) for a photon to overtake a Planck energy proton with a 1 cm lead.
Позже аналогичные события
С момента первого наблюдения были зарегистрированы сотни подобных событий (с энергией 5,7 или выше), подтверждающих существование этого явления. Эти ультравысокоэнергетические частицы космических лучей крайне редки; энергия большинства частиц космических лучей лежит в диапазоне от эВ до эВ. Более поздние исследования, проведенные в рамках проекта Telescope Array Project, указывают на источник частиц в пределах "теплого пятна" радиусом 20 градусов в направлении созвездия Большой Медведицы. Частица Аматерасу, названная в честь японской богини солнца, была зарегистрирована в 2021 году и впоследствии идентифицирована в 2023 году с помощью обсерватории Telescope Array в штате Юта, США. Её энергия превышала 240 эксаэлектронвольт (2,4⋅10¹⁸ эВ). По-видимому, эта частица пришла из Локальной Пустоты – обширной области пространства, прилегающей к галактике Млечный Путь. Энергия, содержащаяся в ней, сопоставима с энергией, высвобождаемой при падении кирпича с высоты пояса. Ни один подходящий астрономический объект, соответствующий направлению прихода космического луча, пока не был обнаружен.
Since the first observation, hundreds of similar events (energy 5.7 or greater) have been recorded, confirming the phenomenon. These ultra high energy cosmic ray particles are very rare; the energy of most cosmic ray particles is between eV and eV. More recent studies using the Telescope Array Project have suggested a source of the particles within a 20 degree radius "warm spot" in the direction of the constellation Ursa Major. The Amaterasu particle, named after the sun goddess in Japanese mythology, was detected in 2021 and later identified in 2023, using the Telescope Array observatory in Utah, United States. It had an energy exceeding 240 exa electron volts (2.4 eV). This particle appears to have emerged from the Local Void, an empty area of space bordering the Milky Way galaxy. It contained an amount of energy comparable to dropping a brick from the height of the waist. No promising astronomical object matching the direction from which the cosmic ray arrived has been identified.