Partícula Oh-Dios-Mio

La partícula Oh-My-God fue un rayo cósmico de energía ultraalta detectado el 15 de octubre de 1991 por la cámara Fly's Eye en Dugway Proving Ground , Utah , Estados Unidos . ^{[1] [2] [3]} A partir de 2024 ^[actualizar], es el rayo cósmico de mayor energía jamás observado. ^[4] Su energía se estimó en(3,2 ± 0,9) × 10 ²⁰  eV (320 exa -eV). La energía de la partícula fue inesperada y puso en tela de juicio las teorías prevalecientes sobre el origen y la propagación de los rayos cósmicos.

No se sabe qué tipo de partícula era, pero la mayoría de los rayos cósmicos son protones. Si es la masa en reposo de la partícula y es su energía cinética (energía por encima de la energía de la masa en reposo ), entonces su velocidad era 100 veces la velocidad de la luz . Suponiendo que era un protón, cuya masa es de 938 MeV, esto significa que viajaba a${\displaystyle m_{\mathrm {p} }}$${\displaystyle E_{\mathrm {K} }}$${\textstyle {\sqrt {1-[m_{\mathrm {p} }c^{2}/(E_{\mathrm {K} }+m_{\mathrm {p} }c^{2})]^ {2}}}}$${\displaystyle m_{\mathrm {p} }c^{2}}$0,999 999 999 999 999 999 999 9951 veces la velocidad de la luz, su factor de Lorentz era3,2 × 10 ¹¹ y su rapidez fue27.1 . Debido a la relatividad especial , la dilatación del tiempo relativista que experimentaría un protón que viaja a esta velocidad sería extrema. Si el protón se originó a una distancia de 1.500 millones de años luz, tardaría aproximadamente 1,71 días en el marco de referencia del protón en recorrer esa distancia.

La energía de la partícula era aproximadamente 40 millones de veces la de los protones de mayor energía que se han producido en cualquier acelerador de partículas terrestre . Sin embargo, sólo una pequeña fracción de esta energía estaba disponible para su interacción con un núcleo en la atmósfera de la Tierra, y la mayor parte de la energía permanecía en forma de energía cinética del centro de masas de los productos de la interacción. Si es la masa del núcleo "objetivo", la energía disponible para tal colisión es ^[5]${\displaystyle m_{\mathrm {t}}}$

$${\displaystyle {\sqrt {2E_{\mathrm {K} }m_{\mathrm {t} }c^{2}+(m_{\mathrm {p} }+m_{\mathrm {t} })^{ 2}c^{4}}}-(m_{\mathrm {p} }+m_{\mathrm {t} })c^{2}}$$

que para grande es aproximadamente${\displaystyle E_{\mathrm {K} }}$

$${\displaystyle {\sqrt {2E_{\mathrm {K} }m_{\mathrm {t} }c^{2}}}.}$$

En el caso de la partícula Oh-My-God que choca contra un núcleo de nitrógeno , esto da 2900 TeV, que es aproximadamente 200 veces más alta que la energía de colisión más alta del Gran Colisionador de Hadrones , en el que dos partículas de alta energía que van en direcciones opuestas chocan. ^{[6] [7]} Al igual que con otros rayos cósmicos, la colisión generaría una cascada de partículas relativistas a medida que las partículas interactuaban con otros núcleos. En el marco de referencia del centro de masas (que se mueve casi a la velocidad de la luz), los productos de la colisión, que también se alejan a una velocidad cercana a la de la luz, habrían transportado alrededor de 2900 TeV de energía total.

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La energía de la partícula Oh-My-God se estimó en(3,2 ± 0,9) × 10 ²⁰  eV , o51 ± 14  J. Aunque esta cantidad es fenomenalmente grande para una sola partícula elemental (superando por lejos la energía más alta que la tecnología humana puede generar en una partícula), todavía está muy por debajo del nivel de la escala de Planck , donde se espera la física exótica. Aunque es una partícula subatómica , su energía era comparable a la energía potencial gravitatoria de un objeto de 1  kilogramo que podría caer 5  metros desde un edificio de dos pisos.

La partícula Oh-My-God tenía 10²⁰ (100  quintillones ) veces la energía de los fotones de la luz visible, equivalente a una pelota de béisbol de 140 gramos (5 oz) que viaja a unos 28 m/s (100 km/h; 63 mph). Su energía era 20 millones de veces mayor que la energía de fotones más alta medida en radiación electromagnética emitida por un objeto extragaláctico, el blazar Markarian 501. [ ^{8] [ necesita actualización ]}

Si bien la energía de la partícula era mayor que cualquier otra lograda en los aceleradores terrestres, todavía era aproximadamente 40 millones de veces menor que la energía de Planck .1.220 8901 × 10 ²⁸  eV ). Se necesitarían partículas de esa energía para exponer los efectos en la escala de Planck . Un protón con esa cantidad de energía viajaría1,665 × 10 ¹⁵ veces más cerca de la velocidad de la luz que la partícula Oh-My-God. Visto desde la Tierra y observado en el marco de referencia de la Tierra, tardaría aproximadamente3.579 × 10 ²⁰  años (2,59 × 10 ¹⁰  veces la edad actual del universo ) para que un fotón supere a un protón de energía de Planck con una ventaja de 1 cm. ^{[ cita requerida ]}

Desde la primera observación, cientos de eventos similares (energíaSe han registrado rayos cósmicos de energía ultraalta (de 5,7 × 10 ¹⁹  eV o más), lo que confirma el fenómeno. ^{[9] [10]} Estas partículas de rayos cósmicos de energía ultraalta son muy raras; la energía de la mayoría de las partículas de rayos cósmicos está entre 10⁷  eV y 10^10eV  .

Estudios más recientes realizados con el Telescope Array Project han sugerido una fuente de partículas dentro de un "punto cálido" de radio de 20 grados en la dirección de la constelación de la Osa Mayor . ^{[3] [10] [11]}

La partícula Amaterasu , llamada así por la diosa del sol en la mitología japonesa, fue detectada en 2021 y posteriormente identificada en 2023, mediante el observatorio Telescope Array en Utah, Estados Unidos. Tenía una energía superior a los 240 exaelectronvoltios (2,4 × 10 ²⁰ eV). ^[12] Esta partícula parece haber surgido del Vacío Local , una zona vacía del espacio que bordea la galaxia de la Vía Láctea . ^[13] Contenía una cantidad de energía comparable a la de dejar caer un ladrillo desde la altura de la cintura. No se ha identificado ningún objeto astronómico prometedor que coincida con la dirección desde la que llegó el rayo cósmico. ^[14]

• Límite de Greisen-Zatsepin-Kuzmin  : límite superior teórico de la energía de los protones de los rayos cósmicos
• Cúmulo de la Osa Mayor  : cúmulo de galaxias del supercúmulo de Virgo
• Iones HZE  : iones pesados ​​de alta energía de origen cósmico
• Partículas energéticas solares  : partículas de alta energía provenientes del Sol
• Partícula de Amaterasu (2021) – 240 Eev