جسيم يا إلهي

جسيم "يا إلهي " (كما أطلق عليه الفيزيائيون ^{[ 1 ]} ) هو شعاع كوني فائق الطاقة تم رصده في 15  أكتوبر 1991 بواسطة كاميرا "عين الذبابة" في ميدان دوجواي للتجارب ، يوتا ، الولايات المتحدة . ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} اعتبارًا من عام 2026وهو أعلى شعاع كوني طاقةً تم رصده على الإطلاق. ^{[ 5 ]} وقد قُدِّرت طاقته بـ(3.2 ± 0.9) × 10 ²⁰ إلكترون فولت  (320 إكسا إلكترون فولت ). كانت طاقة الجسيم غير متوقعة، وقد أثارت تساؤلات حول النظريات السائدة بشأن أصل وانتشار الأشعة الكونية.

على الرغم من أن معظم الأشعة الكونية عالية الطاقة تتكون من بروتونات، إلا أنه لا يُعرف ماهية جسيم "يا إلهي" فائق الطاقة . وقد أظهرت دراسة أجريت عام 2025 على النيوترينوات الناتجة عن تصادمات البروتونات والفوتونات أن أقل من 70% من الأشعة الكونية عالية الطاقة تتكون من بروتونات، بينما يُرجح أن تكون النسبة المتبقية أيونات ثقيلة مثل الحديد. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

لو${\displaystyle m_{\mathrm {p} }}$هي كتلة السكون للجسيم و${\displaystyle E_{\mathrm {K} }}$إذا كانت طاقته الحركية (الطاقة فوق طاقة كتلة السكون )، فإن سرعته كانت قريبة جدًا من${\textstyle {\sqrt {1-[m_{\mathrm {p} }c^{2}/(E_{\mathrm {K} }+m_{\mathrm {p} }c^{2})]^{2}}}}$أسرع من سرعة الضوء .${\textstyle E_{\mathrm {K} }\gg m_{\mathrm {p} }c^{2}}$، ويمكن تبسيط هذه النسبة إلى${\textstyle 1-{\frac {1}{2}}[m_{\mathrm {p} }c^{2}/E_{\mathrm {K} }]^{2}}$إذا كان بروتونًا، والذي${\displaystyle m_{\mathrm {p} }c^{2}}$تبلغ طاقتها 938  ميغا إلكترون فولت، وهذا يعني أنها كانت تتحرك بسرعة0.999 999 999 999 999 999 9957 ضعف سرعة الضوء، وكان معامل لورنتز الخاص به هو3.2 × 10 ¹¹ وسرعتها كانت​27.1 . هذه السرعة أقل بمقدار 1.3 فيمتومتر في الثانية من سرعة الضوء، لذا إذا كان فوتون يسير بمحاذاة بروتون، فسيستغرق الأمر أكثر من 245,000  سنة حتى يتقدم الفوتون بمقدار 1  سم، كما يُرى من إطار مرجعي للأرض. وبسبب النسبية الخاصة ، سيكون تمدد الزمن النسبي الذي يتعرض له بروتون يسير بهذه السرعة هائلاً. إذا كان البروتون قادمًا من مسافة 1.5  مليار سنة ضوئية، فسيستغرق الأمر حوالي 1.71  يومًا في إطار مرجعي للبروتون لقطع تلك المسافة، وذلك وفقًا لمعادلة تمدد الزمن النسبي .

وبنفس الصيغة، إذا كان الجسيم أيون حديد بنفس الطاقة الحركية، فإن سرعته ستكون "فقط"0.999 999 999 999 999 987 ضعف سرعة الضوء.

كانت طاقة الجسيم تعادل حوالي 40  مليون ضعف طاقة أعلى البروتونات التي تم إنتاجها في أي مسرع جسيمات أرضي. ومع ذلك، لم يكن متاحًا سوى جزء صغير من هذه الطاقة للتفاعل مع نواة في الغلاف الجوي للأرض، حيث بقيت معظم الطاقة على شكل طاقة حركية لمركز كتلة نواتج التفاعل.${\displaystyle m_{\mathrm {t} }}$كتلة النواة "الهدف"، والطاقة المتاحة لمثل هذا التصادم هي ^{[ 8 ]}$${\displaystyle {\sqrt {2E_{\mathrm {K}} m_{\mathrm {t} }c^{2}+(m_{\mathrm {p} }+m_{\mathrm {t} })^{2}c^{4}}}-(m_{\mathrm {p} }+m_{\mathrm {t} })c^{2}}$$وهو ما يمثل نسبة كبيرة${\displaystyle E_{\mathrm {K} }}$يبلغ تقريبًا$${\displaystyle {\sqrt {2E_{\mathrm {K} }m_{\mathrm {t} }c^{2}}}.}$$بالنسبة لجسيم "يا إلهي" الذي يصطدم بنواة نيتروجين ، ينتج عن ذلك طاقة قدرها 2900  تيرا إلكترون فولت، أي ما يقارب 200  ضعف أعلى طاقة تصادم في مصادم الهادرونات الكبير ، حيث يصطدم جسيمان عاليان الطاقة يتحركان في اتجاهين متعاكسين. ^{[ 9 ] [ 10 ]} في إطار مرجعي لمركز الكتلة (الذي كان يتحرك، في إطار مرجعي للأرض، بسرعة تقارب سرعة الضوء)، فإن نواتج التصادم كانت ستمتلك  طاقة تقارب 2900 تيرا إلكترون فولت. هذا من شأنه أن يحول النواة إلى العديد من الجسيمات التي تتباعد بسرعة تقارب سرعة الضوء في إطار مرجعي لمركز الكتلة. وكما هو الحال مع الأشعة الكونية الأخرى، ولّد التصادم سلسلة من الجسيمات النسبية نتيجة تفاعل هذه الجسيمات مع نوى أخرى.

كان لدى جسيم "يا إلهي" 10تبلغ طاقة الفوتون فيه ²⁰ ضعف طاقة الفوتون في الضوء المرئي، أي ما يعادل كرة بيسبول وزنها 140 غرامًا (5 أونصات) تتحرك بسرعة 28 مترًا في الثانية (100 كيلومتر في الساعة؛ 63 ميلًا في الساعة) .وكانت طاقتهأكبر بعشرين مليون مرة من أعلى طاقة فوتون تم قياسها في الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من جسم خارج المجرة، وهو البلازار ماركاريان 501. ^{[ 11 ]}      

منذ أول رصد، حدثت مئات الأحداث المماثلة (الطاقة) تم تسجيل جسيمات ذات طاقة 5.7 × 10 ^ ¹⁹ إلكترون فولت أو أعلى، مما يؤكد هذه الظاهرة. ^{[ 12 ] [ 13 ]} تُعد جسيمات الأشعة الكونية فائقة الطاقة هذه نادرة للغاية؛ إذ تتراوح طاقة معظم جسيمات الأشعة الكونية بين 10^19 إلكترون فولت.⁷  إلكترون فولت و 10¹⁰  إلكترون فولت.

أشارت دراسات أحدث باستخدام مشروع مصفوفة التلسكوب إلى وجود مصدر للجسيمات ضمن  "بقعة دافئة" نصف قطرها 20 درجة في اتجاه كوكبة الدب الأكبر . ^{[ 4 ] [ 13 ] [ 1 ]}

تم اكتشاف جسيم أماتيراسو ، الذي سمي على اسم إلهة الشمس في الأساطير اليابانية، في عام 2021 وتم التعرف عليه لاحقًا في عام 2023، باستخدام مرصد تلسكوب أراي في ولاية يوتا الأمريكية. وكانت طاقته تتجاوز 240 إكسا إلكترون فولت.2.4 × 10²⁰ إلكترون ^فولت ). ^{[ 14 ]} يبدو أن هذا الجسيم قد انبثق من الفراغ المحلي ، وهي منطقة فارغة في الفضاء تُجاور مجرة ​​درب التبانة . ^{[ 15 ]} احتوى على كمية من الطاقة تُعادل إسقاط طوبة من ارتفاع الخصر. لم يتم تحديد أي جسم فلكي واعد يُطابق الاتجاه الذي وصل منه الشعاع الكوني. ^{[ 16 ]}

• حد غريزن-زاتسيبين-كوزمين – الحد النظري الأعلى لطاقة بروتونات الأشعة الكونية 
• أيون HZE – أيونات ثقيلة عالية الطاقة ذات أصل كوني 
• الجسيمات الشمسية النشطة – جسيمات عالية الطاقة قادمة من الشمس 
• إشارة واو! – إشارة راديوية تم اكتشافها عام 1977 كجزء من مشروع البحث عن ذكاء خارج الأرض (SETI).