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del Sitio Web Medium
traducción de
Adela Kaufmann
Todas las partículas sin masa viajan a la velocidad de la luz, Incluyendo el fotón, el gluón y las ondas gravitacionales. Los que llevan las interacciones electromagnéticas, fuerte nuclear. Y gravitacionales, respectivamente. Las partículas con masa siempre deben viajar a velocidades por debajo de la velocidad de la luz, y hay un recorte aún más restrictivo en nuestro Universo. (NASA / Sonoma State University / Aurore Simonnet)
Nada puede ir más rápido que la velocidad de la luz en el vacío. Pero las partículas en nuestro universo ni siquiera pueden ir tan rápido.
Cuando se trata de límites de velocidad, la máxima establecida por las leyes de la física es la velocidad de la luz.
Como Albert Einstein se dio cuenta por primera vez, todos los que miran un rayo de luz ven que parece moverse a la misma velocidad, sin importar si se está moviendo hacia ti o alejándote de ti.
No importa qué tan rápido viaje o en qué dirección, toda la luz siempre se mueve a la misma velocidad, y esto es cierto para todos los observadores en todo momento.
Además, todo lo que está hecho de materia solo puede acercarse, pero nunca alcanzar, la velocidad de la luz. Si no tienes masa, debes moverte a la velocidad de la luz:
Pero en la práctica, en nuestro Universo, hay un límite de velocidad aún más restrictivo para la materia, y es más bajo que la velocidad de la luz.
Aquí está la historia científica del límite de velocidad cósmica real.
siempre parece moverse a la misma velocidad, la velocidad de la luz, independientemente de la velocidad del observador.
(usuario de pixabay Melmak)
Solo en ausencia de partículas, campos o un medio para viajar, podemos lograr esta máxima velocidad cósmica.
Incluso así, solo las partículas y ondas sin masa pueden alcanzar
esta velocidad. Esto incluye fotones, gluones y ondas
gravitacionales, pero no cualquier otra cosa que conozcamos.
Como resultado, pueden acercarse, pero nunca alcanzar, la velocidad de la luz en el vacío.
No importa cuánta energía pongas en ellos, la velocidad de la luz, incluso en el vacío, será siempre inalcanzable.
parece representar un movimiento ultra-relativista a través del espacio, muy cerca de la velocidad de la luz. Pero bajo las leyes de la relatividad, nunca se puede alcanzar, mucho menos sobrepasar la velocidad de la luz si estás hecho de materia.
(Jedimentat44 / flickr)
Incluso en el abismo más profundo del espacio intergaláctico, hay tres cosas de las que no puedes deshacerte.
Superando en número a los protones en unos mil millones a uno, muchas de estas partículas que ahora se mueven lentamente caen en galaxias y cúmulos, pero muchas también permanecen en el espacio intergaláctico.
Una vista de longitud de onda múltiple del centro galáctico muestra estrellas, gas, radiación y agujeros negros, entre otras fuentes. Pero la luz que viene de todas estas fuentes, desde rayos gamma hasta luz visible y radio solo puede indicar que nuestros instrumentos son lo suficientemente sensibles para detectar desde más de 25,000 años luz de distancia.
(NASA / ESA / SSC / CXC / STScI)
A
pesar de que son las cosas de menor energía, los fotones CMB son las
partículas más numerosas y uniformemente distribuidas de todas. No
importa cómo se genere o cuánta energía tenga, realmente no es
posible evitar interactuar con esta radiación de 13.8 mil millones
de años.
Eso significa que creemos que los encontraremos donde las energías son más altas y los campos son más fuertes: cerca de objetos colapsados como estrellas de neutrones y agujeros negros.
un blazar está acelerando los protones que producen piones, los cuales producen neutrinos y rayos gamma. (IceCube / NASA)
Las estrellas de neutrones y los agujeros negros son los lugares donde no solo se pueden encontrar los campos gravitacionales más fuertes del Universo, sino también, en teoría, los campos electromagnéticos más fuertes.
Los campos extremadamente fuertes son generados por partículas cargadas, ya sea en la superficie de una estrella de neutrones o en el disco de acreción alrededor de un agujero negro, que se acercan a la velocidad de la luz.
Las
partículas cargadas en movimiento generan campos magnéticos y, a
medida que las partículas se mueven a través de estos campos, se
aceleran.
El agujero negro supermasivo en el centro del disco de acreción, envía un chorro estrecho de alta energía de materia al espacio, perpendicular al disco. Un blazar a unos 4 billones de años luz , y es siempre el origen de muchos de los rayos cósmicos de más alta energía. y los neutrinos.
(DESY, Science Communication Lab)
Los rayos cósmicos de mayor energía tienen aproximadamente 36 millones de veces la energía de los protones más rápidos jamás creados en el Gran Colisionador de Hadrones.
Asumiendo que estos rayos cósmicos también están hechos de protones,
se obtiene una velocidad de 299,792,457.99999999999992 m / s, que es
extremadamente cercana, pero aún inferior, a la velocidad de la luz
en el vacío.
impregna todo el universo. A medida que una partícula vuela por el espacio, está constantemente siendo bombardeada por fotones CMB. Si las condiciones energéticas son correctas, incluso la colisión de un fotón de baja energía como esta tiene la oportunidad de crear nuevas partículas.
(ESA / Planck Collaboration)
En particular, el CMB tendrá sus fotones chocando e interactuando con estas partículas mientras viajan a través del Universo.
No importa cuán alta sea la energía de la partícula que has creado, tiene que pasar a través del baño de radiación que queda del Big Bang para llegar a ti.
A pesar de que esta radiación es increíblemente fría, a una temperatura promedio de alrededor de 2.725 Kelvin, la energía media de cada fotón no es despreciable; Es alrededor de 0.00023 electrón-voltios.
Aunque es un número pequeño, los rayos cósmicos que lo golpean pueden ser increíblemente energéticos.
Cada vez que una partícula cargada de alta energía interactúa con un fotón, tiene la misma posibilidad de que todas las partículas interactivas tengan:
tienen la oportunidad de producir pares adicionales de parees de partículas antipartículas, o nuevas partículas como lo permiten las leyes de la física cuántica. E = mc² de Einstein es indiscriminado de esta manera.
(E. Siegel / Más allá de la galaxia)
Cuando se produzca esa interacción, habrá suficiente energía para producir un pión neutral, que roba energía del rayo cósmico original.
Hay aún más radiación de frenado (Bremsstrahlung) que surge de las interacciones con cualquier partícula en el medio interestelar / intergaláctico.
Incluso las partículas de menor energía están sujetas a él, e irradian energía en cantidades a medida que se producen pares de electrones / positrones (y otras partículas).
producidos por fuentes astrofísicas de alta energía pueden alcanzar la superficie de la tierra. Cuando un rayo cósmico choca con una partícula en la atmósfera terrestre, produce una lluvia de partículas que podemos detectar con matrices en el suelo. Si estas partículas se crean más allá del grupo local, deben obedecer al límite GZK.
(Colaboración ASPERA / AStroParticle ERAnet)
No solo la velocidad de la luz, sino un poco más baja, gracias al resplandor de las sobras del Big Bang y las partículas en el medio intergaláctico.
Si vemos algo que está en una energía más alta, entonces significa:
Las pocas partículas que hemos visto que rompen la barrera GZK superan con creces los 5×1019 eV, en términos de energía, pero no superan los 3×1021 eV, que sería el valor de energía correspondiente para un núcleo de hierro.
Dado que se ha confirmado que muchos de los rayos cósmicos de energía más alta son núcleos pesados, en lugar de protones individuales, esto es la explicación más probable para los rayos cósmicos de extrema ultra-alta energía.
Mientras estés hecho de materia, hay un límite de velocidad cósmica que simplemente no puedes superar ...
A medida que vamos hacia energías cada vez más altas, Cada vez encontramos menos rayos cósmicos. Esperábamos un corte completo a 5x1019 eV, pero vea las partículas viniendo con hasta 10 veces esa energía.
(Hillas 2006 / Universidad de Hamburgo)
En su lugar, es un valor que es ligeramente más bajo, dictado por la cantidad de energía en el resplandor sobrante del Big Bang. A medida que el Universo continúa expandiéndose y enfriándose, ese límite de velocidad aumentará lentamente a lo largo de escalas de tiempo cósmicas, acercándose cada vez más a la velocidad de la luz.
Pero recuerda, mientras viajas por el Universo, si vas demasiado rápido, incluso la radiación que sobra del Big Bang te puede freír.
Mientras estés hecho de materia, no existe un límite de velocidad
cósmico que tú simplemente no puedas superar...
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