오 마이 갓 입자

오마이갓 입자(Oh-My-God particle)는 1991년 10월 15일 미국 유타주 더그웨이 프로빙 그라운드에서 플라이 아이 카메라에 의해 감지된 초고에너지 우주 광선입니다.^[1][2][3] 2023년 현재까지 관측된 것 중 가장 높은 에너지의 우주선입니다.^[4] 그것의 에너지는 (3.2±0.9²⁰)×10 eV (3억 2천만 TeV)로 추정되었습니다. 입자의 에너지는 예상치 못했고 우주 광선의 기원과 전파에 관한 기존 이론에 의문을 제기했습니다.

스피드

어떤 입자였는지는 알 수 없지만 대부분의 우주선은 양성자입니다. If ${\displaystyle m_{p}}$ is the rest mass of the particle and ${\displaystyle E_{K}}$ is its kinetic energy (energy above the rest mass energy), then its speed was ${\displaystyle {\sqrt {1-(m_{p}c^{2}/(E_{K}+m_{p}c^{2}))$$^{2}}}$배$$ 광속입니다. ${\displaystyle {mp}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}{}^{}}$ ${\displaystyle {2\mathrm{}}^{}}$ ${\$인 양성자라고 가정하면, 이는 광속의 0.99999999999999951배, 로렌츠 계수는 3.2×10¹¹, 속도는 27.1이었습니다. 이 속도로 광자가 입자와 함께 이동한다면 지구 기준틀에서 볼 수 있듯이 광자가 1cm 리드를 얻는 데 21만 5천 년 이상이 걸릴 것입니다. 특수 상대성 이론 때문에 이 속도로 이동하는 양성자가 경험하는 상대론적 시간 팽창은 극단적일 것입니다. 만약 양성자가 15억 광년 거리에서 출발했다면, 양성자의 기준틀에서 그 거리를 이동하는 데 약 1.71일이 걸릴 것입니다.

충돌에너지

입자의 에너지는 지구상의 입자 가속기에서 생성된 최고 에너지 양성자의 약 4천만 배였습니다. 그러나 이 에너지의 극히 일부만이 지구 대기의 핵과의 상호작용에 이용할 수 있었고, 대부분의 에너지는 상호작용의 생성물의 질량 중심의 운동 에너지의 형태로 남아 있었습니다. $만약{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {mt}_{}}$ ${\$가 "타겟" 핵의 질량이라면, 그러한 충돌에 사용할 수 있는 에너지는^[5]

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

큰 ${\displaystyle {EK}_{}}$ ${\$의 경우 대략적으로$$

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

질소 핵에 부딪히는 오마이갓 입자의 경우, 이는 반대 방향으로 가는 두 개의 고에너지 입자가 충돌하는 대형 강입자 충돌기의 가장 높은 충돌 에너지보다 약 200배 높은 2900 TeV를 제공합니다.^[6][7] 따라서 질량 중심 기준 프레임(기준 프레임에서 거의 빛의 속도로 이동함)에서 충돌의 생성물은 핵을 많은 입자로 변환시킬 수 있을 정도로 약 2900 TeV의 에너지를 가졌을 것이며, 이 질량 중심 기준 프레임에서도 거의 빛의 속도로 떨어져 나갔을 것입니다. 다른 우주선들과 마찬가지로, 이것은 입자들이 다른 핵들과 상호작용하면서 연쇄적인 상대론적 입자들을 만들어냈습니다.

비교

이 섹션에는 독창적인 연구가 포함되어 있을 수 있습니다. 청구 내용을 확인하고 인라인 인용을 추가하여 개선해 주시기 바랍니다. 원본 연구로만 구성된 문은 제거해야 합니다. (2023년 4월) (본 템플릿 메시지의 제거 방법 및 시기에 대해 알아봅니다.)

오마이갓 입자의 에너지는 (3.2±0.9)×10²⁰ eV, 즉 51±14 J로 추정되었습니다. 이 양은 인간의 기술이 입자에서 발생시킬 수 있는 가장 높은 에너지를 훨씬 능가하는 경이적인 양이지만, 여전히 이국적인 물리학이 예상되는 플랑크 규모에는 훨씬 못 미치고 있습니다.

광자와의 비교

오마이갓 입자는 가시광선의 광자 에너지의 10배²⁰(100분위)를 가졌으며, 이는 142그램(5온스) 야구공이 시속 100km/h(63mph)의 속도로 이동하는 것과 맞먹습니다. 그것의 에너지는 은하계 밖 물체인 마카리안 501에 의해 방출된 전자기 복사에서 측정된 가장 높은 광자 에너지의 2천만 배였습니다.^{[8][needs update]}

높은 에너지, 그러나 플랑크 스케일에는 훨씬 못 미치는 성능

입자의 에너지는 지상 가속기에서 달성된 어떤 것보다 높았지만 여전히 플랑크 에너지의 약 4천만 배였습니다. 플랑크 규모에 영향을 미치기 위해서는 그 에너지의 입자가 필요합니다. 그 정도의 에너지를 가진 양성자는 오마이갓 입자보다 빛의 속도에 1.665×10배¹⁵ 더 가까이 이동할 것입니다. 지구에서 볼 때 지구 기준틀에서 볼 때 광자가 1 cm의 선두를 가진 플랑크 에너지 양성자를 추월하는 데는 약 3.579×10년이²⁰¹⁰ 걸릴 것입니다.^{[citation needed]}

나중에 비슷한 사건들

첫 번째 관측 이후 수백 개의 유사한 사건(에너지 5.7×10¹⁹ eV 이상)이 기록되어 그 현상을 확인할 수 있었습니다.^[9][10] 이러한 초고에너지 우주선 입자는 매우 희귀합니다. 대부분의 우주선 입자의 에너지는 10⁷ eV에서 10¹⁰ eV 사이입니다.

망원경 배열 프로젝트를 사용한 보다 최근의 연구들은 큰곰자리 방향으로 반경 20도 이내에 있는 입자들의 근원을 제시했습니다.^[3][10][11]

일본 신화에 나오는 태양의 여신의 이름을 딴 아마테라스 입자는 2021년에 검출되었고 이후 미국 유타주에 있는 망원경 배열 관측소를 이용하여 2023년에 확인되었습니다. 240 엑사 전자 볼트를 초과하는 에너지를 가지고 있었습니다. 이 입자는 은하수와 경계를 이루는 우주의 빈 영역인 국부공극(Local Void)에서 나온 것으로 보입니다.^[12] 허리 높이에서 벽돌을 떨어뜨리는 것과 비슷한 양의 에너지를 함유하고 있었습니다. 우주선이 도착한 방향과 일치하는 유망한 천체는 아직 확인되지 않았습니다.^[13]

참고 항목

• Greisen–Zatsepin–Kuzmin 한계 – 우주선 양성자의 에너지에 대한 이론적 상한
• 큰곰자리 은하단 – 처녀자리 슈퍼클러스터의 나선형이 풍부한 은하단
• HZE 이온 – 우주 기원의 고에너지 중이온
• 태양 에너지 입자 – 태양에서 나오는 고에너지 입자
• 아마테라스 입자 (2021) - 240 Eev

참고문헌