地球上最快的东西是什么？可能跟你想的不一样

发布者：湖光山色 2024-3-6 10:21

来自太空的粒子不断冲向地球。但是哪一个是最快的呢？

航天器发射，赛车在跑道上飞驰，猎豹冲向猎物 —— 我们的地球充满了高速飞驰的壮举。

但是，地球上最快的东西是什么？答案取决于你如何定义“东西”和“地球上”。而最主要的候选者 —— 中微子和光子 —— 是肉眼无法看到的。

最明显的答案似乎是光。在真空中，光的传播速度约为每秒186000英里（每秒300000公里）。据我们所知，宇宙中没有任何东西能超过这个速度。

光是一种东西吗？物理学家对此并不完全同意。有人说不是，因为光没有质量。其他人的回答是肯定的 —— 由于量子力学的怪癖，光同时是波和粒子。大多数物理学家都同意粒子是一种物质。

犹他大学物理学家约翰·马修斯（John Matthews）表示，在太空的真空中，这些被称为光子的粒子是速度最快的东西。

在地球上，情况会变得复杂一些，除非你在一个真空室里。一旦光子进入地球大气层，它就会稍微减速。然后，在适当的情况下，它可能会有一些竞争。马修斯告诉指出，这是因为并不是所有的粒子都像光子一样被大气减慢了速度。

马修斯是一个团队的一员，该团队已经探测到几个来自超高能量宇宙射线的非常快的粒子，这是一种从太空降落到地球上的亚原子粒子阵雨。其中一种粒子被称为“Oh-My-God”粒子，是他的同事在1991年从迄今为止发现的最高能量的宇宙射线中探测到的。

像这样的粒子在真空中以非常接近光速的速度开始运动。马修斯说，但当它们进入地球大气层时，“就其性质而言，它们只是继续快速前进。所以，它们在大气中的速度超过了光速。”

这使得“Oh-My-God”粒子成为地球上速度最快的物体之一，但它们并不是在最顶端。威斯康星大学麦迪逊分校的粒子物理学家贾斯汀·范登布鲁克（Justin Vandenbroucke）认为，中微子反而获得了这个奖项。

“Oh-My-God”粒子很可能是一个质子，或者至少是类似质子的粒子，在亚原子粒子的尺度上质量相当大。中微子的质量至少比质子的质量小100亿倍，因此，由于基本的物理定律，如果给予相同的能量，中微子的运动速度甚至会更快。

但是，虽然理论上中微子可以跑得非常快，但在实践中很难确定它们。“中微子是出了名的害羞，”范登布鲁克说。

在南极进行的一项名为冰立方的长期实验中，物理学家将探测器放置在0.2立方英里（1立方公里）的冰块中，希望能找到高能中微子。在冰内部，中微子有足够的能量可以比光传播得更快。当高能中微子与冰中的原子核碰撞时，它可以产生带电的亚原子粒子，速度也比光速快。这些高速粒子发出一种被称为“切伦科夫辐射”的闪光，使中微子能够间接地被探测到。

2016年，冰立方的科学家们探测到了迄今为止被仔细评估过的能量最高的中微子。

“据我们所知，这些是我们所见过的最快的粒子，”洛斯阿拉莫斯国家实验室的物理学家比尔·路易斯（Bill Louis）说。没有任何有质量的粒子可以达到真空光速，但如果它非常轻，并且有很多能量，它可以非常接近。

到底有多接近？为了保持速度，范登布鲁克喜欢用9来思考。以99.99%光速运动的物体会有4个9。范登布鲁克说，2016年探测到的超高速中微子将有33个9。根据他的计算，“Oh-My-God”粒子的长度应该在20到24秒之间。这种粒子能量更大，但质量也大得多。

相比之下，在欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（Large Hadron Collider）等人造粒子加速器中，粒子达到的最快速度只有7个9。

与此同时，范登布鲁克说，这些创纪录的超高速粒子“是由宇宙中自然发生的粒子加速器产生的。我们不知道它们是如何工作的，但它确实告诉你，与人类相比，大自然是多么神奇。”

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地球物理宇宙威斯康星大学

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