科学家发现一种能量极高但不知来源的粒子

据《自然》报道，科学家探测到了30多年来最强大的宇宙射线。但这种来自外太空的粒子的确切起源仍然是个谜，一些人认为它可能是由未知的物理学产生的。

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2019年，研究人员在美国犹他州的高地沙漠中检查望远镜阵列表面探测器。2021年，望远镜阵列探测到有记录以来能量第二高的宇宙射线粒子。图片来源：The Yomiuri Shimbun via AP/Alamy

据估计，这一令人费解的宇宙射线的能量为240EeV（1EeV=10¹⁸eV)，与迄今探测到的最强大的宇宙射线——“哦，我的天”粒子（Oh-My-God particle）相当，后者在1991年被发现时的测量值约为320EeV。11月23日，相关成果发表于《科学》。

澳大利亚科廷大学天文学家Clancy James说:“这太神奇了，大家肯定想知道是什么能产生如此高的能量。”

尽管它的名字叫宇宙射线，但它实际上是一种高能亚原子粒子——通常是质子，以接近光速的速度在太空中穿过。在超高能量形式下，宇宙射线的能量水平超过1EeV，大约是最强大的人造粒子加速器所能达到的能量水平的100万倍。能量超过100EeV的宇宙射线很少被发现。

2021年5月27日，日本大阪公立大学天文学家Toshihiro Fujii在对位于美国犹他州米勒德县的宇宙射线探测器望远镜阵列进行例行数据检查时，偶然发现了一些异乎寻常的信号。这些信号表明，这些设施的探测器捕捉到了某种超强能量的东西。

但Fujii一开始持怀疑态度。“我以为软件中存在某种错误或缺陷。”Fujii说，“我真的很惊讶，测量结果与特高能宇宙射线产生的结果一致。”科学家以日本太阳女神的名字——“天照”为这种粒子命名。

但是，当Fujii团队试图找出能量峰值的来源时，却一无所获。特高能宇宙射线通常相对平稳地穿越太空，因为它们不会像低能宇宙射线那样强烈地反射磁场，可以很容易地精确定位它所来源的恒星爆炸、黑洞或星系。

然而，Fujii团队的计算结果是，其来源于一个几乎没有星系存在的类似真空的区域。研究人员还尝试将宇宙射线与可能的源星系和位于其到达方向之外的天体进行匹配。但它们似乎都不合适。“什么都没有。”Fujii说。

James说，一种解释可能是，估算磁场如何影响宇宙射线路径的模型不正确，可能需要进行一些调整。如果是这样，“天照”可能来自与团队计算的方位略有不同的方向。“我们认为我们的估计很准，但也许我们错了。”James说。

澳大利亚阿德莱德大学天体粒子物理学家Jose Bellido Caceres认为，另一种可能性是，特高能宇宙射线是由未知的物理过程产生的，这使它们传播的距离比以前想象的要远得多。“这可能是一种新的物理学。”Bellido Caceres补充说。

Fujii团队正在升级望远镜阵列，从而将其灵敏度提高到以前的4倍。这将使研究人员能够捕捉到更多罕见的特高能宇宙射线，并更精准地追踪它们的起源。

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.abo5095