オーマイゴッド粒子

オーマイゴッド粒子は、1991年10月15日に米国ユタ州ダグウェイ試験場のフライズアイカメラによって検出された超高エネルギー宇宙線である。[ ^{1] [2] [3]} 2025年現在、これはこれまでに観測された中で最もエネルギーの高い宇宙線である。^[4]そのエネルギーは次のように推定されている。^{[アップデート]}(3.2 ± 0.9) × 10 ²⁰  eV (320エクサ-eV)。この粒子のエネルギーは予想外のものであり、宇宙線の起源と伝播に関する従来の理論に疑問を投げかけました。

それがどんな種類の粒子だったかは不明だが、宇宙線のほとんどは陽子である。 が粒子の静止質量でが運動エネルギー（静止質量エネルギーを超えるエネルギー）であれば、その速度は光速倍になる。それが陽子だと仮定すると、 は938 MeV なので、これはそれが${\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}}$光速の0.999 999 999 999 999 999 9951倍で、ローレンツ因子は3.2 × 10 ¹¹であり、その速度は27.1 .特殊相対性理論により、この速度で移動する陽子が経験する相対論的時間の遅れは極端になります。陽子が 15 億光年の距離から発生した場合、その距離を移動するには陽子の基準系で約 1.71 日かかります。

この粒子のエネルギーは、地上の粒子加速器で生成された最高エネルギーの陽子の約 4000 万倍でした。しかし、このエネルギーのごく一部だけが地球の大気圏の原子核との相互作用に利用され、ほとんどのエネルギーは相互作用生成物の質量中心の運動エネルギーの形で残りました。 が「ターゲット」原子核の質量である場合、このような衝突に利用できるエネルギーは^[5]です。${\displaystyle m_{\mathrm {t}}}$

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

大きい場合はおよそ ${\displaystyle E_{\mathrm {K} }}$

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

窒素原子核に衝突するオーマイゴッド粒子の場合、2900 TeV になります。これは、反対方向に進む 2 つの高エネルギー粒子が衝突する大型ハドロン衝突型加速器 (LHC)の最高衝突エネルギーの約 200 倍です。 ^{[6] [7]}他の宇宙線と同様に、衝突では粒子が他の原子核と相互作用するため、相対論的粒子のカスケードが生成されます。質量中心座標系 (ほぼ光速で移動) では、衝突の生成物もほぼ光速で離れていくため、合計で約 2900 TeV のエネルギーを運んでいたことになります。

オーマイゴッド粒子のエネルギーは次のように推定された。(3.2 ± 0.9) × 10 ²⁰  eV、または51 ± 14  J。この量は単一の素粒子としては驚異的に大きく、人間の技術が粒子で生成できる最高のエネルギーをはるかに上回っていますが、それでも、エキゾチックな物理学が期待されるプランクスケールのレベルをはるかに下回っています。亜原子粒子ではありますが、そのエネルギーは、 2階建てのビルから 5 メートル落下する可能性のある1 キログラムの物体の重力位置エネルギーに匹敵します。

Oh -My-God粒子には10個の可視光線の光子エネルギーの^20倍（100 京）で約28m/s（100km/h、63mph）で飛ぶ140グラム（5オンス）の野球ボールに相当します。そのエネルギーは、銀河系外天体であるブレーザー・マルカリアン501から放出される電磁放射で測定された最高の光子エネルギーの2000万倍でした。 ^{[8] [更新が必要]}

この粒子のエネルギーは地上の加速器で達成されたものよりも高かったが、それでもプランクエネルギーの約4000万分の1ほど低かった（1.220 8901 × 10 ²⁸  eV ）。プランクスケールの効果を明らかにするには、そのエネルギーの粒子が必要です。そのエネルギーの陽子は、オーマイゴッド粒子よりも光速に1.665 × 10 ¹⁵倍近い。地球から見て地球の基準座標系で観測すると、約3.579 × 10 ²⁰ 年（光子がプランクエネルギー陽子を1cmリードで追い抜くには、2.59 × 10 ¹⁰ 倍（現在の宇宙年齢）の時間がかかります。 ^[要出典]

最初の観測以来、同様の現象（エネルギー5.7 × 10 ¹⁹  eV以上の超高エネルギー宇宙線粒子が記録されており、この現象が確認されている。^{[9] [10]}これらの超高エネルギー宇宙線粒子は非常にまれであり、ほとんどの宇宙線粒子のエネルギーは10⁷  eVと10^10eV  。

テレスコープアレイプロジェクトを使用した最近の研究では、おおぐま座の方向にある半径20度の「暖かい場所」内に粒子の発生源があることが示唆されています。^{[3] [10] [11]}

日本神話の太陽の女神にちなんで名付けられたアマテラス粒子は、2021年に米国ユタ州のテレスコープアレイ観測所で検出され、その後2023年に特定されました。そのエネルギーは240エクサ電子ボルトを超えています（2.4 × 10 ²⁰ eV）。^[12]この粒子は、天の川銀河に隣接する空間の空白領域である局所ボイドから出現したようです。 ^[13]腰の高さからレンガを落とすのに匹敵する量のエネルギーを含んでいました。宇宙線が到達した方向と一致する有望な天体は特定されていません。^[14]

• グライゼン・ザツェピン・クズミン限界 – 宇宙線陽子のエネルギーの理論上の上限
• おおぐま座銀河団 – おとめ座超銀河団の銀河団
• HZEイオン – 宇宙起源の高エネルギー重イオン
• 太陽高エネルギー粒子 – 太陽からの高エネルギー粒子
• 天照粒子（2021） – 240 Eev