15 августа 1991 года произошло событие, которое до сих пор считается одним из самых загадочных за всю историю астрофизики. Детекторная камера на горе в американском штате Юта зарегистрировала частицу с такой колоссальной энергией, что учёные дали ей неофициальное, но ставшее легендарным название - частица «О, Боже мой!» (Oh-My-God particle).
Это была не просто частица. По меркам микромира её энергия казалась абсурдно большой. Частица меньше атома, но с потенциалом бейсбольного мяча. Как это вообще может работать. Для понимания - возможность муравья иметь силу слона и то куда легче могла бы быть объяснена современной наукой.
Если представить её как протон (что считается наиболее вероятным), то её энергия составляла примерно ≈ 3 × 10²⁰ электронвольт (эВ), а это в миллионы раз больше, чем энергии частиц в земных ускорителях и в десятки миллионов раз больше, чем может дать современный Большой адронный коллайдер.
Чтобы создать такую частицу искусственно, понадобился бы ускоритель размером больше орбиты Меркурия.
Частица двигалась настолько близко к скорости света, что разница была почти ничтожна. По сути это пример того, как частицу с массой ухитрились разогнать почти до скорости света, что, как известно моим читателям, вроде бы и невозможно.
Для сравнения - если бы фотон и эта частица стартовали одновременно, фотону понадобилось бы 215 000 лет, чтобы опередить её всего на 1 сантиметр.
Самое интересное, что частица прилетела не из Солнечной системы и даже не из нашей галактики. Это был ультравысокоэнергетический космический луч - частица, ускоренная где-то в далёкой Вселенной и долетевшая до нас.
Но тут возникает проблема. Частицы заряжены, галактические магнитные поля искажают их траектории, а поэтому невозможно просто посмотреть назад и увидеть источник. Это как пытаться восстановить траекторию бумажного самолёта в урагане. При попытке распутать клубок мы сталкиваемся с хаосом, а хаос практически невозможно в современном мире просчитать математически.
Так что же может разогнать частицу до такой энергии? До сих пор это одна из крупнейших загадок астрофизики. Но есть несколько гипотез.
Одна из наиболее вероятных идей связана с приливными разрушениями звёзд. Когда звезда подходит слишком близко к сверхмассивной чёрной дыре гравитация разрывает её на части, часть вещества падает в чёрную дыру, а часть выбрасывается в виде релятивистских джетов - узких потоков материи, движущихся почти со скоростью света.
Эти джеты могут работать как естественные ускорители частиц, разгоняя протоны до невероятных энергий.
В центрах некоторых галактик находятся активные галактические ядра - области, где чёрная дыра активно поглощает вещество и выбрасывает мощные струи плазмы.
Такие объекты могут быть космическими аналогами гигантских ускорителей, существующих миллионы лет.
Есть и более смелые идеи. Например, распад сверхтяжёлых частиц, оставшихся со времён Большого взрыва, топологические дефекты пространства-времени или следы тёмной материи. Пока это гипотезы, но именно такие события подталкивают физику к новым теориям.
Частица «О, Боже мой!» стала самым энергетически ёмким объектом, когда-либо зарегистрированным человеком, если считать отдельные частицы.
Она доказала, что Вселенная умеет создавать ускорители, недоступные человеку, существуют физические процессы, которые мы до сих пор не понимаем, ну а космос — не спокойное место, а гигантский физический эксперимент, в котором случается всякое.
С тех пор были зарегистрированы и другие ультраэнергетические космические лучи, но точный механизм их рождения остаётся неизвестным. Мы видим следы — вспышки, джеты, галактические ядра. Но конкретный «космический ускоритель», породивший частицу 1991 года, остаётся анонимным.
Для понимания отмечу и ещё кое-что. В ранней Вселенной такие энергии были нормой. В первые доли секунды после Большого взрыва температура достигала 10²⁷–10³² К, и типичные частицы имели энергии 10¹⁶–10¹⁹ электронвольт и выше, то есть сравнимые или даже большие, чем у частицы 1991 года - но таких частиц тогда было бесконечно много, и они заполняли всё пространство.
Проще говоря, в первые мгновения космос был естественным «сверхколлайдером», где каждая частица была как «Oh-My-God», а сегодня такая энергия - экстремальная редкость, потому что Вселенная остыла и расширилась. Поэтому эта частица не уникальна в абсолютной истории космоса - уникально то, что она возникла в холодной, зрелой Вселенной, где таких энергий быть почти не должно.
Множество интересных явлений из физики частиц я разбираю в премиум-разделе проекта. Там иногда появляются и мои видео.
👍 Не забывайте подписываться и ставить лайки статье! Это важно для развития канала.
Канал проекта в Telegram с эксклюзивными материалами