1個光子=1只大黃蜂？史上最高能量光子從蟹狀星雲射向西藏羊八井

一個光子打在你身上會有什麼後果？你可能聳聳肩膀，會有什麼後果呢，每天我都被無數的光子打呢，一個光子，根本不可能有任何感覺。是的，根據科學家們的研究，人眼能感知的光信號，至少需要5到7個光子，當然也有人稱人眼能感知到3個光子，甚至單個光子，但似乎沒有多大的說服力。

也就是說，單個光子的能量極小極小，完全可以直接忽視——當然，你不想忽視也得忽視，因爲你基本沒法用你身上的任何組織和器官去感知到單個光子。然而事情真的是這樣的嗎？

那是你還沒被宇宙中超高能的單個光子擊中過！最近，來自中國、日本28個機構的科學家，利用建在青藏高原的塑料和水池組成的探測器，發現了宇宙中射來的有史以來最高能量的光子，一個光子蘊藏的能量，就相當於一隻飛行中的大黃蜂所蘊藏的動能——這樣的光子要是有一束和你親密接觸，你能想象會發生什麼事嗎？

這個探測器位於海拔4300米的西藏羊八井中國宇宙線國家野外科學觀測研究站，由地面和地下兩個部分組成。地面是西藏AS陣列，由覆蓋面積達65700平方米的597個塑料閃爍探測器組成；地下是西藏MD陣列——水-契倫科夫探測器，由埋藏在地面探測器下2.4米，裝滿液態水的64個混凝土池組成，每個池子蓄水達80噸。

當來自太空，以光速或近光速運動的粒子撞進探測器後，會在介質中形成一種類似於超音速飛機突破音障時產生的音爆現象——契倫科夫輻射，這是一種藍色的輝光，可以由光敏設備探測到。

經過3年多的觀測，科學家們獲得了大量數據，在排除了探測器的潛在噪音後，最終篩選出了24個能量高於100TeV（1TeV=10^12電子伏特）的高度可靠的高能光子事件，其中兩個的能量達到了450TeV，是世界上此前觀測到的伽馬射線最高能量的5倍，可見光能量的上百萬億倍。

最關鍵的是，由於光子是不帶電的，不像其它帶電粒子會在銀河系中被磁場偏來偏去，科學家們確定這些高能事件都來自1000年前爆炸的，距地球約6500光年的蟹狀星雲——中國古代天文學家在1054年記錄了它的超新星爆炸，現在它是這顆超新星的殘骸，由氣體和塵埃組成，中間是一顆直徑約30公里，每秒旋轉30.2次的脈衝星。

當然，這不是地球探測到的最高能量宇宙射線粒子，最高的是一個被稱爲“額的個神啊”（Oh-My-Godparticle）的粒子，來自美國猶他州鹽湖城沙漠的蠅眼探測器，能量達3X10^20eV，速度達光速的99.99999999999999999999951%，穿越銀河系只需3分多鐘（按它自己的時間），相當於一個質子攜帶了一個時速120公里的棒球的能量，如果把它換成一個直徑30米的隕石，可以直接將地球氣化。

雖然這次探測到的光子能量只有10^14eV級別，然而和“額的個神啊”不同的是，它是沒有靜止質量的光子！根據科學家們的說法，一顆這種高能光子攜帶的能量，就相當於一隻在空中飛行的大黃蜂的動能，這和“我的個神啊粒子”又有什麼區別呢？

中日科學家的這次合作，讓我們瞭解到地球上實驗室很難做到的物理過程，打開了研究宇宙問題的新窗口，將讓全世界高能宇宙射線的研究邁上一個更高的臺階。

這項研究即將發表在《物理評論快報》上。

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