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为什么宇宙射线中的高能粒子这么少？要说宇宙中粒子的最高能量和能量极限，还得去外太空找。从这个意义上说，光子仍然是宇宙中最小的粒子。宇宙中唯一产生最高能量粒子的地方是最大最活跃的黑洞，它们都远离我们的星系。

宇宙中能量最高的粒子是什么？粒子的能量有没有极限？

关于粒子的能量，你可能会想到世界上最强大的粒子加速器大型强子对撞机，它拥有着人类目前所创造的能量极限。但与宇宙相比人类所创造的能量就有点相形见绌了。所以要谈宇宙中粒子的最高能量和粒子的能量极限，我们就必须去外太空找找看。也就是我们常说的宇宙高能射线！那里就有宇宙中能量最高的粒子。宇宙射线的发现历史在人类第一次离开地球进入太空之前，我们就已经知道了，外层空间充满了高能辐射。

那么我们是咋知道的？第一个线索来自于一个非常简单的实验，需要一个验电器，我们小学的时候都做过这个实验，也看到了同样的现象，但并没有引起我们的注意。如果你给一个验电器加上电荷，验电器的两个叶片将获得相同的电荷，并因此相互排斥。其结果就是随着时间的推移，电荷会消散，两个叶片会闭合，这是为什么呢？难道是因为空气的原因？如果你把验电器放在一个真空的玻璃罩子里，验电器还是会慢慢放电。

事实上，即使你在真空的玻璃罩周围放置铅来进行屏蔽，还是会放电，20世纪早期的实验表明，如果验电器所处的位置越来越高，放电的速度就会越来越快。因此一些科学家提出了这样一种假设放电之所以会发生，是因为来自外太空具有极强穿透力的高能辐射造成了放电现象。因此，在1912年，维克多赫斯Victor Hess在气球上进行实验，寻找高能宇宙粒子，很快就发现了大量的带电粒子，并成为宇宙射线之父。

早期的探测器非常简单设置某种对带电粒子敏感的乳剂或者后来的云室，并在其周围放置一个磁场。当带电粒子进来时，我们可以看到两件事情粒子的质量粒子的速度,根据施加的磁场强度，然后根据粒子留下的轨迹曲线，我们就能知道粒子的速度和质量之间的关系。在20世纪30年代，一系列实验无论是在早期的地球粒子加速器中，还是通过更复杂的宇宙射线探测器发现了一些有关宇宙射线的信息。

首先，绝大多数的宇宙射线粒子大约90%是质子，而且能量范围很广，从几兆电子伏MeV一直到可以测量到的最高能量！剩下的绝大多数是粒子，也就是两个质子和两个中子的氦原子核，它们的能量都不相上下！宇宙射线中的极限能量为510^10 GeV当这些宇宙射线到达地球大气层顶部时，高能宇宙射线与大气层发生相互作用，产生级联反应，并且生成大量的高能粒子，其中包括两种新粒子正电子保罗狄拉克于1930年提出的电子的反物质版本，与电子质量相同，但带一个正电荷和介子一种不稳定的粒子，具有与电子相同的电荷，但重约206倍。

正电子是卡尔安德森在1932年发现的，介子是他和他的学生赛斯内德梅尔在1936年发现的。最神奇的事情是，如果你把手伸出来并于地面平行，大约每秒钟就有一个子穿过你的手掌。每一个通过你手掌的介子都起源于宇宙射线簇射，每一个到达地面的介子都是狭义相对论的证明！因为这些介子是在高度大约100公里的地方产生的，但一个介子的平均寿命只有2.2微秒左右。

即使以299792.458km/s的光速运动，介子在衰变前也只能走660米。但是由于时间的膨胀，或者从一个静态的外部观察者的角度来看，接近光速的粒子经历了时间的缓慢流逝，这些快速移动的介子可以在衰变之前到达地球表面，而这就是地球表面介子的来源！快进到今天，事实证明我们已经精确测量了这些宇宙高能粒子的丰度和能谱！目前最常见的是能量为100 GeV及以下的粒子。每秒钟，大约有一个能量为100 GeV的粒子，也就是10^11 eV，会撞击到我们区域每平方米的截面上。

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