Kosmische Strahlung sind subatomare Teilchen, die mit großer Geschwindigkeit in alle Richtungen durch den Weltraum fliegen. Etwa 90% davon sind Protonen, 9% sind Heliumkerne und 1% sind Elektronen. Im Gegensatz zu ihrer Benennung sind kosmische Strahlen eher energetische Teilchen als Strahlen an sich. Auf der Erde können wir kosmische Strahlung erkennen, wenn sie mit der oberen Atmosphäre kollidiert und einen Schauer geladener Teilchen freisetzt. Wenn wir beobachten, wie intensiv der Teilchenschauer ist, können wir auf die Energie und Richtung der kosmischen Strahlung schließen.
Eine ultrahochenergetische kosmische Strahlung (UHECR) ist eine Art kosmischer Strahlung mit einer ungewöhnlich hohen Energie. Es gibt keine offizielle Grenzgrenze, die eine ultrahochenergetische kosmische Strahlung definiert, aber der Begriff bezieht sich im Allgemeinen auf kosmische Strahlung, die sich der Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK)-Grenze der kosmischen Strahlungsenergie nähert oder diese überschreitet. Der GZK-Grenzwert entspricht einer Schwellenenergie von 6 x 1019 Elektronenvolt, etwa zehn Millionen Mal energiereicher als die Teilchen in den leistungsstärksten Teilchenbeschleunigern. Oberhalb dieser Grenze wird angenommen, dass kosmische Strahlung mit dem kosmischen Mikrowellenhintergrund wechselwirkt, um exotische Teilchen namens Pionen zu erzeugen, wodurch ihre Energie auf die GZK-Grenze gesenkt wird.
Es wurde jedoch beobachtet, dass die kosmische Strahlung die GZK-Grenze überschreitet. Dies ist ein Rätsel der Physik und könnte ein Hinweis auf physikalische Theorien sein, die denen von Einstein folgen, so angesehene Physiker wie Lee Smolin. Ein solcher kosmischer Strahl, der am Dugway Proving Grounds in Utah beobachtet wurde und den Spitznamen Oh-My-God-Teilchen erhielt, hatte eine Energie von etwa 3 x 1020 Elektronenvolt. Das entspricht in etwa einem gut geworfenen Baseball – allerdings handelt es sich hier um ein Teilchen, das kleiner als ein typischer Atomkern ist. Es wird geschätzt, dass sich dieses Teilchen mit etwa 1 – 5 x 10-24 Lichtgeschwindigkeit bewegte. Dies bedeutet, dass, wenn die kosmische Strahlung ein Photon (Lichtteilchen) rasen würde, nach einem ganzen Reisejahr die kosmische Strahlung nur 46 Nanometer hinter dem ursprünglichen Photon liegen würde.
Seit der Entdeckung des Oh-My-God-Teilchens im Jahr 1991 wurden mindestens fünfzehn ähnliche Ereignisse aufgezeichnet, die beweisen, dass ultrahochenergetische kosmische Strahlung ein echtes Phänomen ist. Da solche Teilchen so energiereich sind, ist es unwahrscheinlich, dass sie von den Magnetfeldern von Galaxien beeinflusst werden, sodass sie sich wahrscheinlich in direkter Linie von ihrem Ursprungsort aus bewegen. In Himmelsrichtung, von der die kosmischen Strahlen ausgingen, wurde jedoch nichts Interessantes gefunden. Warum ist das so? Wir wissen es nicht.