Сверхвысокоэнергетические космические лучи — это частицы, которые сталкиваются с Землей с энергией, которая намного превышает возможности ускорителей частиц. Одним из самых необычных примеров является «частица Аматэрасу», обнаруженная астрономами в 2021 году и названная в честь богини солнца из японской мифологии. Ее энергия превышала 244 ЭэВ, то есть, это одно из самых мощных событий, связанных с космическими лучами, которые известны науке. Однако ученые до сих пор не знают, откуда она взялась и даже что это было за частица.

В своем исследовании ученые из Университета штата Пенсильвания предположили, что некоторые из самых высокоэнергетических космических лучей могут представлять собой атомные ядра тяжелее железа. Атомные ядра — это компактные центры атомов, состоящие из протонов и нейтронов. Они содержат почти всю массу атома, занимая при этом лишь крошечную часть его общего объема.

«Сверхвысокоэнергетические космические лучи могут быть разогнаны только самыми мощными источниками во Вселенной, — сказал Кота Мурасе, руководитель исследовательской группы. — Когда мы обнаруживаем отдельные частицы космических лучей, такие как частица Аматэрасу, здесь, на Земле, мы можем использовать их энергию, направления прибытия и ожидаемые магнитные отклонения, чтобы определить возможный космический источник».

Частицу Аматерасу особенно сложно объяснить, поскольку предполагаемое направление ее прибытия указывает на пустоту — в этой области космического пространства нет явного источника, способного производить сверхвысокоэнергетические космические лучи.

Проведя детальное компьютерное моделирование, ученые смоделировали, как частицы разных размеров будут получать или терять энергию, путешествуя в межгалактическом пространстве. Согласно расчетам, при пересечении межгалактического пространства эти сверхтяжелые ядра могут терять энергию медленнее, чем протоны или более легкие ядра. Это означает, что они могут пережить путешествие к Земле, сохранив при этом огромное количество энергии, пишет Science Daily.

«Мы не утверждаем, что все сверхвысокоэнергетические космические лучи — это сверхтяжелые ядра, — подчеркнул Мурасе. — Но если некоторые из самых высокоэнергетических событий связаны со сверхтяжелыми ядрами, это повлияет на то, как мы будем искать их источники».

Кроме того, расчеты его команды установили новые ограничения на то, какой вклад эти сверхтяжелые ядра могут вносить в общую популяцию наблюдаемых сверхвысокоэнергетических космических лучей.

Недавно физики из ЦЕРН открыли новую тяжелую частицу, похожую на протон. Она относится к классу барионов и содержит два очарованных кварка и один нижний кварк. Это первая частица, найденная с помощью модернизированного детектора LHCb, который ввели в эксплуатацию в рамках Большого адронного коллайдера в 2023 году.