超高能量宇宙射线

✍ dations ◷ 2025-04-24 23:51:10 #超高能量宇宙射线

GZK极限，是以提出者Greisen、Zatsepin、Kuzmin三人姓氏之首字母为名的理论上限，描述源自远处的宇宙射线应有的理论上限值。这项极限是在1966年由Kenneth Greisen、Vadim Kuzmin与Georgiy Zatsepin三人所计算，其基础为宇宙微波背景辐射与宇宙射线的预期相互作用。预测中指出宇宙射线所带的能量如果超过阈值5×1019 电子伏特则会与宇宙微波背景的光子发生相互作用，产生Π介子。这样的作用会持续发生，一直到射线粒子的能量低于Π介子产生阈值。因为此相互作用相关的平均自由程其值甚低，举例来说，起源处距离地球远大于50 百万秒差距的河外宇宙射线（英语：Extragalactic cosmic ray）若其能量大于此阈值者，则不可能在地球上观测到；而此距离内又不存在目前已知可以产生此般能量的宇宙射线源。已有一些由明野广域空气簇射阵列（英语：Akeno Giant Air Shower Array）实验所作的观测显示远源的宇宙射线带有高于此极限的能量（称作超高能量宇宙射线（英语：Ultra-high-energy cosmic ray））。这样的观测事实被称作GZK佯谬（GZK paradox）或宇宙射线佯谬（cosmic ray paradox）。这些观测似乎与目前所知的狭义相对论及粒子物理的预测相违背。不过，也有一些对于此类观测所作的可能解释，似乎可以解决这种不一致。首先，这些观测可能出自于仪器上的误差，或者是对于实验结果不正确的解读。再者，宇宙射线也可能有局域的粒子源（虽然尚不明白这些粒子源会是什么）。另外的尝试是采用极高能量低相互作用性粒子（ultra-high energy weakly interacting particles）来解释（例如：中微子），其可以在很远处被创生出来，之后才在局域发生反应，生成所观测到的粒子。目前已有一些奇异理论被提出，以来解释这些观测，其中最著名的是双重狭义相对论。时至2003年，一些宇宙射线实验如费米伽马射线空间望远镜与皮埃尔·俄歇观测站（英语：Pierre Auger Observatory）计划要证实或否定稍早观测结果的可信度。

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