Tudja, mi a leggyorsabb dolog a Földön?

A gyorsasági versenyben részt vesz a gepárd, Usain Bolt és a legpergőnyelvűbb rapper, Eminem is, de ne feledkezzünk meg a Föld leggyorsabb nőjéről, Jesse Combsról sem, aki 5 éve halt meg, mikor rakétaautójával felállította a gyorsasági rekordot 841 km/órával. A pálmát viszont valószínűleg a neutrínók és a fotonok viszik el.

Vákuumban a fény körülbelül 300 ezer kilométert tesz meg másodpercenként. Ezt a hihetetlen sebességet egyelőre semmi sem haladta meg, de kérdés, hogy a fény beleillik-e a dolog kategóriába? Ha barkóbázunk, fogalom vagy tárgy lehet? A fizikusok nem értenek teljesen egyet, vannak, akik azt mondják, mivel a fénynek nincs tömege, nem dolog. Mások a kvantummechanikára hivatkoznak, ami alapján a fény egyszerre hullám és részecske is, és a részecskék dolgok.

John Matthews, a Utahi Egyetem fizikusa szerint az űrben a fotonoknak nevezett részecskék a leggyorsabbak, de amint egy foton eléri a Föld légkörét, kissé lelassul. Matthews szerint viszont a fotonokhoz hasonlóan nem minden részecskét lassít le a légkör.

Az Ó, Istenem részecske

Matthews kutató kollégáival több nagyon gyors részecskét észlelt, amelyek ultranagy energiájú kozmikus sugarakból származnak, azaz szubatomi részecskék, amelyek az űrből záporoznak a Földre. Az egyik ilyen részecskét, amit Oh-My-God részecskére kereszteltek, 1991-ben észlelték egy óriási energiájú kozmikus sugárzásból.

Az ilyen részecskék vákuumban kezdik nagyon megközelíteni a fénysebességet. Amikor beérnek a Föld légkörébe, akkor is tovább gyorsulnak. A légkörben meghaladják a fénysebességet, de nem ők a csúcstartók, hanem a neutrínó. Ezt állítja Justin Vandenbroucke, a Wisconsin–Madison Egyetem részecskefizikusa. Az Oh-My-God valószínűleg proton, vagy legalábbis protonszerű, meglehetősen nagy tömegű, főleg a neutrínóhoz képest, aminek tömege legalább 10 milliárdszor kisebb. A neutrínók elméletileg nagyon gyorsak, de nehéz megmérni őket. Sőt, eredetileg tömeg nélkülieknek tartották őket, mert a mérési pontosság határain belül sebességük a fénysebességgel volt egyenlő, de Einstein relativitáselmélete szerint ekkora sebességgel csak nulla nyugalmi tömegű objektumok mozoghatnak.

Egy évek óta tartó kísérletben a Déli-sarkon az IceCube Neutrino Obszervatóriumban a fizikusok detektorokat helyeztek el egy 1 köbkilométeres jégdarabban. A nemzetközi tudóscsoport (14 országból körülbelül 300 fizikus) a déli pólus jegének mélyét figyeli, és a neutrínókat keresi, amik megmagyarázhatják a gammasugár-kitöréseket, a fekete lyukakat és neutroncsillagokat is. A jég belsejében egy elég energiával rendelkező neutrínó gyorsabban tud haladni, mint a fény.

Ezek a gyors részecskék Cserenkov–sugárzást hoznak létre, ami akkor történik, ha a töltött részecskék, például az elektronok, a fénynél gyorsabban mozognak az adott közegben. Ez fényvillanással jár, így a neutrínó kimutathatóvá válik. 

2016-ban az IceCube tudósai észlelték a legnagyobb energiájú neutrínót, a valaha látott leggyorsabb részecskét. Vandenbroucke számításai 9-esekkel határozza meg a sebességet: ha valami a fénysebesség 99,99 százalékával mozog, akkor négy 9-es a sebessége. A 2016-ban észlelt szupergyors neutrínó harminchárom 9-es, az Oh-My-God részecske valahol húsz és huszonnégy 9-es között lenne. Ehhez képest a részecskék által elért leggyorsabb sebesség az ember által készített részecskegyorsítókban, mint például a CERN Nagy Hadronütköztetője, mindössze hét 9-es.

Emberibb dolgok

A japán SCMaglev gyorsvonat 1999-ben 552 km/órás sebességet ért el, majd 2015-ben már 603 km/órás sebességet is mutatott, de ennyivel nem száguldozhatott soha, a japán kormány kormány biztonsági okokból 320 km/órára korlátozta a vonatok engedélyezett sebességét.

Azonban említést érdemel a Parker szonda is, ami 2018 augusztusában hagyta el a Földet, hogy közelebb kerüljön a Naphoz, és tanulmányozza azt. 2021-ben 532 ezer km/órás sebességet ért el. Egy másodperc alatt több mint 140 kilométert tett meg, ezzel 43 perc alatt érhetné el a Holdat a Földről. Talán a jövő az lesz, hogy fizikaóra helyett a suli belevág egy Hold-utazásba?