暗物质 和暗物质和黑洞并称为宇宙三大神秘谜团之一的超高能宇宙射线之谜( 二 )
随着射线的能量越来越大，超高能宇宙射线的质量增加，这对实验者和理论者来说都是一个问题。对科学家来说，最棘手的是较重的超高能射线被银河系的磁场偏转得更厉害，这使得弄清它们的来源更具挑战性。另一方面，对于目前理论来说这个问题更为根本，因为这个问题可能会挑战我们对高能物理学的整体认识。
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如图当超高能宇宙射线撞击地球大气层时，它们会级联成风淋效应，但很少能到达地面。
根据传统观点，超过一定能量的宇宙射线在与宇宙微波背景中的光子相互作用时迅速失去能量，这意味着地球上看到的超高能宇宙射线的能量应该限制在1020eV左右。然而，如果观察到的粒子随着能量的增加而变重，那么首先加速宇宙射线的天体物理过程--不管它是什么--必须在接近其最高能量的情况下运行。那么较轻的粒子就会太小，无法达到这些高能量）
出人意料的是1020 eV高能射线的能量极限是由两个完全不相关的过程控制的，即粒子如何在它们的银河系外源加速以及它们在星际空间旅行时如何失去能量。这就是第一个奇怪的巧合。
第二个巧合是与来自我们银河系内的宇宙射线和来自其他地方的宇宙射线有关。似乎银河系的宇宙射线在3 × 1018 eV时就不再被观测到了--这与银河系外的宇宙射线开始变得更重的能量完全相同。这很奇怪，因为银河系和银河系外的宇宙射线来自非常不同的来源（即使我们仍然不知道后者起源于哪里）。
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鉴于这两种巧合取决于甚至没有模糊联系的过程和性质，为什么它们会在相同的能量尺度上发生？一个原因可能是这些巧合根本不存在。如果银河系外的宇宙射线不会随着能量的增加而变重，而只是一直是质子的话情况肯定是这样的，那么这些巧合就会逐渐消失。
这听起来可能很离谱，但有充分的理由不直接拒绝这个想法。物理学家根据他们对粒子物理学标准模型的理解，模拟了气阵中的粒子如何相互作用，但它从未在如此高的能量下被测试过（即LHC）。此外这些模拟远远不能解释观察到的所有气花的特性。结果是有两个令人不快的选择。要么宇宙射线是质子，要么是重粒子而标准模型需要对参数进行一些严重的调整。
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如果说超高能宇宙射线是质子，那么要弄清楚质子是如何伪装成重粒子的，就需要一些替代性结果。一种令人兴奋的可能性是，质子的初始碰撞产生了一个微型黑洞，这种黑洞的存在被具有大型额外维度的理论所预测。对于适当数量的这种维度，它们实际上可以拥有观测到结果所需的质量，研究人员托马拉斯曾解释说。"微型黑洞能瞬间衰变为大量共享黑洞能量的强子，从而使质子的外观'看起来'很重。"
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另一个选择是援引量子色动力学（QCD）中尚未发现的阶段--该理论描述了夸克是如何在质子、中子和其他强子中结合的。研究人员认为："我们还没有发现大型的额外维度，我们有理由怀疑微型黑洞的产生截面很可能太小，无法满足我们的目的，另外我们对QCD的阶段还没有一个强有力的定量理解。" 。
是什么加速了他们？
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撇开围绕什么是超高能宇宙射线的不确定性因素不谈，真正重要的问题是：是什么导致加速了它们？情况可能甚至更加混杂。直到最近一些物理学家一直在探索被称为 "超对称标准模型 "的奇异理论，这些想法扩展了标准模型。这个理论是高能量的未知物体，比如超重暗物质--其质量是质子质量的一千多倍--将衰变为超重粒子。这些模型的问题是，它们表明宇宙射线应该由光子和中微子主导，而来自皮埃尔-奥格天文台、望远镜阵列和其他地方的数据表明主要是带电粒子。
尽管外来的暗物质方案还没有完全被排除在宇宙射线的来源之内，但研究人员正在更认真地考虑，极其剧烈的天体物理事件是否可能是造成这种高能量的原因。脉冲星、伽马射线暴、来自活跃星系核的喷流、星爆星系以及其他一些因素都被提出来了，大众的意见在它们之间摇摆不定。
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从表面上看，俄歇效应的结果--表明在最高能量下有更重的超高能宇宙射线粒子--是一个重要的发展。加速重核比质子更容易，因为加速机制总是感受到粒子的电荷--而比质子更重的核总是具有更大的电荷。俄歇效应指向脉冲星作为宇宙射线的来源，它产生更重的元素，可以驱动这些粒子达到所需的能量
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