Cząstka O-mój-Boże

Cząstka O-mój-Boże (ang. Oh-My-God particle) – ultrawysokoenergetyczna cząstka promieniowania kosmicznego wykryta wieczorem czasu lokalnego 15 października 1991 roku nad Dugway Proving Ground w stanie Utah przez obserwatorium High Resolution Fly’s Eye Cosmic Ray Detector należące do Uniwersytetu Utah^[1][2].

Ten artykuł dotyczy rodzaju promieniowania kosmicznego. Zobacz też: Bozon Higgsa (zwany boską cząstką).

Jej odkrycie było szokiem dla astrofizyków (stąd nazwa), którzy oszacowali jej energię na około 3,2·10²⁰ eV lub 3,2·10⁸ ТeV^[1]. Jest to 20 milionów razy więcej od najwyższej energii zaobserwowanej w promieniowaniu elektromagnetycznym z jakiegokolwiek obiektu spoza naszej Galaktyki^[3] i 10²⁰ (100 trylionów) razy więcej od energii fotonów światła widzialnego. Energia ta w jednostkach układu SI to około 50 dżuli^[4], co jest równe energii kinetycznej 142-gramowej piłki baseballowej poruszającej się z prędkością ponad 26 m/s (ponad 95 km/h) lub energii potrzebnej, aby 4-watowa lampa LED świeciła przez 12 sekund^[a].

Prawdopodobne jest, że cząstką tą był proton. Jeśli tak było, to poruszał się on z prędkością 99,99999999999999999999951% prędkości światła. To tak blisko prędkości światła, że jeśli foton podróżowałby w próżni wraz z tą cząstką, to potrzebowałby ponad 200 000 lat, aby wyprzedzić ją zaledwie o 1 centymetr^[4].

Energia tej cząstki jest około 40 milionów razy większa niż największa energia protonów, które zostały rozpędzone w jakimkolwiek ziemskim akceleratorze cząstek. Jednak tylko niewielka część energii w zderzaczach może być użyta podczas kontaktu z protonem lub neutronem; większość energii pozostaje w postaci energii kinetycznej produktów zderzenia. Energia dostępna do wykorzystania dla przemian jądrowych w takiej kolizji wyraża się wzorem ${\displaystyle {\sqrt {2Emc^{2}}},}$ gdzie ${\displaystyle E}$ to energia cząstki i ${\displaystyle mc^{2}}$ to energia relatywistyczna protonu. Dla cząstki O-mój-Boże daje to 7,5·10¹⁴ eV, czyli około 60 razy więcej energii, niż posiadają cząstki zderzane w Wielkim Zderzaczu Hadronów^[5].

Mimo że energia tej cząstki była wyższa niż jakiejkolwiek innej uzyskanej w ziemskich akceleratorach, to i tak jest to około 40 milionów razy mniej niż wynosi energia Plancka^[b].

Od czasu pierwszej detekcji zostało zaobserwowane przynajmniej piętnaście (stan na 2012)^{[potrzebny przypis]} podobnych przypadków ultrawysokoenergetycznych cząstek, potwierdzających to zjawisko. Chociaż cząstki tak wysoko energetyczne są bardzo rzadkie (energia większości kosmicznych cząstek mieści się w zakresie od 10 MeV do 10 GeV), według szacunków mogą trafiać w ziemską atmosferę co około 20 sekund. Problemem jest natomiast ich rejestracja z powodu niewielkiej liczby odpowiednich teleskopów^[4]. Nowsze badania za pomocą teleskopów Telescope Array Project sugerują, że źródło tych cząstek znajduje się wewnątrz konstelacji Wielkiej Niedźwiedzicy^[2][6].

Uwagi

1. Jest to proste do obliczenia ze wzoru na energię kinetyczną E=m·v²/2.
2. Wynik prostego dzielenia tych wielkości.

Przypisy

1. HiRes - The High Resolution Fly’s Eye Ultra High Energy Cosmic Ray Observatory [online], www.cosmic-ray.org [dostęp 2017-05-10] (ang.).
2. Ultrahigh-Energy Cosmic Rays Traced to Hotspot | Quanta Magazine, „Quanta Magazine” [dostęp 2017-05-10] (ang.).
3. Blazar Markarian 501, którego energię zmierzono w 1997 roku: The time averaged TeV energy spectrum of Mkn 501 of the extraordinary 1997 outburst as measured with the stereoscopic Cherenkov telescope system of HEGRA [online] (ang.).
4. Bryan Gaensler: Potęga i piękno. Ekstremalne zjawiska w kosmosie. Warszawa: Prószyński i S-ka, 2013, s. 98, 99. ISBN 978-83-7839-510-2.
5. Lead-ion collisions: the LHC achieves a new energy record, „CERN Document Server” [dostęp 2017-05-10] (ang.).
6. Physicists spot potential source of ‘Oh-My-God’ particles, „Science”, 8 lipca 2014 [dostęp 2017-05-10] (ang.).