Lansarea unei nave spațiale, o mașină de curse care se învârte pe o pistă, un ghepard care se îndreaptă spre prada sa – planeta noastră natală este plină de fapte de mare viteză.
Dar care este cel mai rapid lucru de pe Pământ? Răspunsul depinde de modul în care definiți „lucru” și „pe Pământ”. Iar candidații de top – neutrini și fotoni – nu pot fi văzuți cu ochiul liber.
Cel mai evident răspuns pare să fie lumina. În vid, lumina parcurge aproximativ 186.000 de mile pe secundă (300.000 de kilometri pe secundă). Nimic din univers despre care știm nu poate depăși această viteză.
Legate de: Care este cea mai mică particulă din univers? (Ce zici de cel mai mare?)
Lumina este totuși un lucru? Fizicienii nu sunt pe deplin de acord cu acest lucru. Unii spun că nu, pentru că lumina nu are masă. Alții spun da — din cauza ciudateniilor mecanica cuantică, lumina este simultan o undă și o particulă. Și majoritatea fizicienilor sunt de acord că particulele sunt lucruri.
În vid de spațiuacele particule, numite fotoni, sunt cele mai rapide lucruri, potrivit John Matthewsfizician la Universitatea din Utah.
Pe Pământ, totul devine puțin mai complicat, cu excepția cazului în care ești într-o cameră cu vid. Odată ce un foton lovește atmosfera Pământului, acesta încetinește ușor. Și apoi, în circumstanțe potrivite, ar putea avea o concurență. Asta pentru că nu toate particulele sunt încetinite de atmosferă așa cum sunt fotonii, a spus Matthews pentru Live Science.
Matthews face parte dintr-o echipă care a detectat mai multe particule foarte rapide care provin de la energie ultra-înaltă raze cosmice, ploi de particule subatomice care plouă pe Pământ din spațiu. Una dintre aceste particule, numită Oh-Doamne-meu particulăa fost detectat de colegii săi în 1991, din raza cosmică cu cea mai mare energie care nu a fost încă observată.
Particulele ca acestea încep să se apropie de viteza luminii în vid. Dar când au lovit atmosfera Pământului, „prin natura lor, ei continuă să se îndrepte înainte”, a spus Matthews. „Deci depășesc viteza luminii în atmosferă”.
Asta face ca particulele Oh-My-God să fie printre cele mai rapide lucruri cu masă de pe Pământ, dar nu sunt chiar în vârf. În schimb, cel neutrini ia acel premiu, per Justin Vandenbrouckeun fizician al particulelor la Universitatea din Wisconsin-Madison.
Particula Oh-My-God este probabil un proton, sau cel puțin asemănător protonului – destul de masiv la scara particulelor subatomice. Masa unui neutrin este la de cel puțin 10 miliarde de ori mai mic decât a unui proton, așa că, datorită legilor de bază ale fizicii, poate călători și mai repede dacă i se oferă aceeași cantitate de energie.
Dar, în timp ce neutrinii pot, în teorie, să meargă foarte repede, este destul de greu să-i stabiliți în practică. „Neutrinii sunt faimos de timizi”, a spus Vandenbroucke pentru Live Science.
Într-un experiment pe termen lung la Polul Sud – numit corect IceCube — fizicienii au plasat detectoare într-o bucată de gheață de 0,2 mile cubi (1 kilometru cub), sperând să găsească neutrini de înaltă energie. În interiorul gheții, un neutrin cu suficientă energie poate călători mai repede decât poate lumina. Atunci când acel neutrin de înaltă energie se ciocnește cu nucleul unui atom din gheață, poate produce particule subatomice încărcate, de asemenea, călătorind mai repede decât lumina. Aceste particule rapide emit un fulger de lumină cunoscut sub numele de radiație Cherenkov, făcând neutrinul detectabil indirect.
Și în 2016, oamenii de știință IceCube a detectat neutrino cu cea mai mare energie care a fost evaluat cu atenție încă.
„Din câte știm, acestea sunt cele mai rapide particule văzute vreodată.” Bill Louis, un fizician la Laboratorul Național Los Alamos, a declarat pentru Live Science. Nicio particulă cu masă nu poate atinge viteza luminii în vid, dar dacă este foarte ușoară și are multă energie, se poate apropia foarte mult.
Cât de aproape? Pentru a menține vitezele drepte, lui Vandenbroucke îi place să gândească în termeni de 9s. Ceva care se mișcă cu 99,99% cu viteza luminii ar avea patru 9s. Neutrinul superrapid detectat în 2016 ar avea 33 de 9, a spus Vandenbroucke. Și particula Oh-My-God ar avea undeva între 20 și 24 de 9, conform calculelor sale. Această particulă avea mai multă energie, dar era și mult mai masivă.
Pentru comparație, cele mai rapide viteze atinse de particule în acceleratoarele de particule create de om, cum ar fi CERNLarge Hadron Collider al lui ar avea doar șapte 9s.
Între timp, aceste particule superrapide care stabilesc recorduri „sunt produse de acceleratorii de particule care se găsesc în mod natural în univers“, a spus Vandenbroucke. “Nu știm cum funcționează, dar îți spune cu adevărat cât de uimitoare este natura în comparație cu oamenii.”