I raggi cosmici sono particelle subatomiche che volano nello spazio a grande velocità in tutte le direzioni. Circa il 90% sono protoni, 9% sono nuclei di elio e 1% sono elettroni. Contrariamente alla loro denominazione, i raggi cosmici sono particelle energetiche piuttosto che raggi in sé. Sulla Terra, possiamo rilevare i raggi cosmici quando entrano in collisione con l’alta atmosfera e rilasciano una pioggia di particelle cariche. Osservando l’intensità della pioggia di particelle, possiamo dedurre l’energia e la direzione del raggio cosmico.
Un raggio cosmico ad altissima energia (UHECR) è un tipo di raggio cosmico con un’energia anormalmente alta. Non esiste un limite ufficiale di cutoff che definisce un raggio cosmico di energia ultraelevata, ma il termine si riferisce generalmente ai raggi cosmici che si avvicinano o superano il limite di Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) sull’energia dei raggi cosmici. Il limite GZK corrisponde a un’energia di soglia di 6 x 1019 elettronvolt, circa dieci milioni di volte più energetica delle particelle nei più potenti acceleratori di particelle. Al di sopra di questo limite, si pensa che i raggi cosmici interagiscano con il fondo cosmico a microonde per produrre particelle esotiche chiamate pioni, abbassando così la loro energia al limite GZK.
Ma sono stati osservati raggi cosmici che superano il limite GZK. Questo è un mistero della fisica e potrebbe essere un accenno a teorie fisiche che succedono a quelle di Einstein, secondo fisici rispettati come Lee Smolin. Uno di questi raggi cosmici, osservato a Dugway Proving Grounds nello Utah e soprannominato la particella Oh-My-God, aveva un’energia di circa 3 x 1020 elettronvolt. Questo è più o meno equivalente a quello di una palla da baseball ben lanciata, ma qui stiamo parlando di una particella più piccola di un tipico nucleo atomico. Si stima che questa particella viaggiasse a circa 1 – 5 x 10-24 la velocità della luce. Ciò significa che se il raggio cosmico stesse correndo contro un fotone (particella di luce), dopo un intero anno di viaggio, il raggio cosmico sarebbe solo 46 nanometri indietro rispetto al fotone originale.
Dalla scoperta della particella Oh-My-God nel 1991, sono stati registrati almeno quindici eventi simili, che dimostrano che i raggi cosmici di altissima energia sono un fenomeno reale. Poiché tali particelle sono così energetiche, è improbabile che vengano influenzate dai campi magnetici delle galassie, quindi probabilmente viaggerebbero in linea diretta dal loro punto di origine. Ma nulla di interessante è stato trovato nella direzione del cielo da cui ha avuto origine il raggio cosmico. Perché? Non lo sappiamo.