地球上最快的东西是什么？

来自太空的粒子不断地飞向地球。但哪一个最快？

宇宙飞船发射升空，赛车在赛道上疾驰，猎豹冲向猎物——我们的家园星球充满了高速的壮举。

但地球上最快的东西是什么？答案取决于你如何定义“事物”和“在地球上”。而最重要的候选者——中微子和光子——是无法用肉眼看到的。

最明显的答案似乎是光。在真空中，光的传播速度约为每秒 186,000 英里（每秒 300,000 公里）。据我们所知，宇宙中没有任何东西可以超过这个速度。

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光是一个东西吗？物理学家对此并不完全同意。有人说不，因为光没有质量。其他人则说是的——由于量子力学的怪癖，光同时是一种波和一种粒子。大多数物理学家都同意粒子就是事物。

犹他大学物理学家约翰·马修斯 (John Matthews) 表示，在真空中，这些被称为光子的粒子是速度最快的物质。

在地球上，情况会变得更复杂一些，除非你在真空室中。一旦光子撞击地球大气层，它的速度就会稍微减慢。然后，在适当的情况下，它可能会产生一些竞争。马修斯告诉《生活科学》杂志，这是因为并非所有粒子都会像光子那样被大气减慢。

马修斯所在的团队检测到了来自超高能宇宙射线的几种非常快的粒子，这些亚原子粒子簇从太空降落在地球上。其中一种粒子被称为“Oh-My-God 粒子”，于 1991 年被他的同事从迄今为止尚未发现的最高能量宇宙射线中探测到。

像这样的粒子一开始在真空中的速度极其接近光速。但当它们撞击地球大气层时，“根据它们的本性，它们会继续前进，”马修斯说。 “所以它们在大气中的速度超过了光速。”

这使得天哪粒子成为地球上速度最快、质量最大的粒子之一，但它们并不是处于最顶端。相反，根据威斯康星大学麦迪逊分校的粒子物理学家贾斯汀·范登布鲁克（Justin Vandenbroucke）的说法，中微子获得了这一奖项。

天啊粒子可能是一个质子，或者至少是类质子——在亚原子粒子的尺度上相当大。中微子的质量比质子的质量至少小100亿倍，因此，根据基本物理定律，如果给予相同的能量，中微子的运动速度甚至会更快。

但是，虽然中微子在理论上可以移动得非常快，但在实践中却很难确定它们的存在。 “中微子是出了名的害羞，”范登布鲁克告诉《生活科学》。

在南极进行的一项长期实验（恰当地命名为 IceCube）中，物理学家将探测器放置在一块 0.2 立方英里（1 立方公里）的冰块内，希望能够找到高能中微子。在冰内部，具有足够能量的中微子可以比光传播得更快。当高能中微子与冰中原子核碰撞时，它会产生带电的亚原子粒子，其运动速度也比光快。这些快速粒子发出称为切伦科夫辐射的闪光，使中微子可以间接检测到。

2016 年，IceCube 科学家检测到了能量最高的中微子，并对此进行了仔细评估。

“据我们所知，这些是有史以来最快的粒子，”洛斯阿拉莫斯国家实验室的物理学家比尔·路易斯告诉《生活科学》。任何具有质量的粒子都无法达到真空光速，但如果它很轻并且具有大量能量，则可以非常接近。

到底有多近？为了保持速度正常，范登布鲁克喜欢用 9 来思考。以 99.99% 光速移动的物体会有四个 9。范登布鲁克说，2016 年检测到的超快中微子将有 33 个 9。根据他的计算，Oh-My-God 粒子将有 20 到 24 个 9 之间。这个粒子拥有更多的能量，但质量也更大。

相比之下，人造粒子加速器（例如欧洲核子研究组织的大型强子对撞机）中粒子达到的最快速度只有七个 9。

与此同时，这些创纪录的超快粒子“是由宇宙中自然存在的粒子加速器产生的，”范登布鲁克说。 “我们不知道它们是如何工作的，但它确实告诉你，与人类相比，大自然是多么神奇。”