Oh-My-God-Teilchen

Als Oh-My-God-Partikel (englisch Oh-My-God particle, wörtlich Oh-mein-Gott-Teilchen) wird ein hochenergetisches kosmisches Teilchen (wahrscheinlich ein Proton) bezeichnet, das am 15. Oktober 1991 über Utah beobachtet wurde. Es hatte eine Energie von $320\pm {}93\,\mathrm {EeV} =3,2\pm {}0,93\times 10^{20}\,\mathrm {eV} \approx 51,27\,\mathrm {J}$. Zum Vergleich: Normale Teilchen kosmischer Strahlung besitzen Energien zwischen 10 MeV und 10 GeV. Der LHC am CERN ist für eine Maximalenergie von Protonen von 14 TeV ausgelegt, dem $4,375\times 10^{-8}=0,000000044$-fachen der Energie des Oh-My-God-Partikels.

Der genutzte Detektor war Fly's Eye II der University of Utah, der etwa eine Stunde Autofahrt entfernt von Salt Lake City bei 40° N, 113° W steht. Dieser Detektor, der, wie der Name andeutet, wie ein Fliegenauge aufgebaut ist, sucht am Nachthimmel in mondlosen Nächten die blauen Stickstofffluoreszenzblitze, die von den Partikeln kosmischer Strahlung verursacht werden, wenn sie auf Stickstoff-Moleküle treffen.

Nach dieser wurden noch etwa 15 andere, ähnliche Beobachtungen solch hochenergetischer Teilchen durch diesen Detektor gemacht.

Geschwindigkeit und relativistische Effekte

Das Oh-My-God-Partikel hatte eine (von der Masse hergeleitete) Geschwindigkeit von $0,9999999999999999999999951\,c$. Bei einer gerundeten Lichtgeschwindigkeit $c=3\times 10^{8}$ wäre dieses Teilchen somit nur $1,5{\frac {\mathrm {fm} }{\mathrm {s} }}$ langsamer als ein Photon. Würden das Proton und ein Photon ein Lichtjahr ($9,5\times 10^{12}\mathrm {km}$) weit reisen, so hätte das Photon danach nur einen Vorsprung von $46\,\mathrm {nm}$.

Durch diese enorm hohe Geschwindigkeit würde für einen Beobachter, der auf dem Proton säße, die Zeit um ein vielfaches langsamer vergehen. Würde das Proton beispielsweise nach Alpha Centauri reisen, der 4,36 Lichtjahre entfernt ist, würde diese für ihn nur $0,43\,\mathrm {ms}$ dauern, für einen außenstehenden Beobachter aber immer noch ungefähr $4,36\,\mathrm {y}$. Zum Rand des Universums würden für den fast mit Lichtgeschwindigkeit reisenden Beobachter nur 19 Tage vergehen (für den beobachtenden Erdling allerdings $1,7\times 10^{10}\,\mathrm {y}$).

Herkunft

Da so schnelle Teilchen wie das hier behandelte aufgrund von verschiedenen Strahlungsdrücken nicht unendlich weit durch den Raum reisen können, sondern maximal 50 Mpc, ist die Herkunftsregion begrenzt. Kandidaten für so energiereiche Teilchen sind Radiogalaxien, Seyferts und Quasare, doch solche Objekte sind allesamt viel weiter entfernt als 50 Mpc. Auch äußerst starke magnetische Felder könnten dieses Teilchen so stark beschleunigt haben, sodass es aus einer näheren Quelle kommen könnte. Ansonsten hätten magnetische Felder auf ein so schnelles Teilchen keinen nennenswerten Einfluss gehabt.

Das Herkunftsgebiet liegt bei $\alpha =5\mathrm {h} 40\mathrm {m} 48\mathrm {s} \pm {}0\mathrm {h} 2\mathrm {m} ;\delta =48^{\circ }\pm {}6^{\circ }$.