能够击碎中子、质子的碰撞——超高能γ

一、空气簇射及广延空气簇射解析

2021年，我国高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO）记录到1.4拍电子伏（1拍=10^15）的γ射线。这是迄今为止，人类发现的最高能量的γ射线。从此打开了探索极端宇宙秘密的新窗口，直接开启了“超高能γ天文学”的新时代。γ射线在天文探测方面有着独特优势和特殊意义，但由于数量极少，很难直接测量。通过分析原初宇宙线与大气的相互作用来反推原初宇宙射线的性质。当宇宙线与大气的原子核发生碰撞后产生了一些光子(Y射线)、轻子和重子。这些次级粒子再重复作用产生更多下一级粒子，直到平均能量等于某临界值时，次级粒子的数目达到最大值，这个值被称为簇射极大值，此后粒子通过被大气吸收或逐渐衰变，使次级粒子的数量降低，整个过程称为“空气簇射”。 随着“空气簇射”向地面发展，空气对次级粒子的吸收会逐渐增多。观测站的粒子探测器需要将更多的次级粒子记录下来，进而反推γ射线进入大气层顶部时的信息，从而推算出一个伽马光子的能量。

能量高于10^14电子伏的初级宇宙线可产生数万到上亿个粒子（绝大部分是电子和光子），它们分布在数百米距离内，几乎同时到达地面。这种大范围的空气簇射现象叫做广延空气簇射。粗略地说，落到地面上的空气簇射粒子总数，正比于初级宇宙线的能量。利用空气簇射现象，可以在地面上探测能量极高的初级宇宙线。能量愈高，宇宙线粒子流强愈弱。每平方米面积上，平均一个月才射入一个能量高于 10^16电子伏的初级宇宙线粒子。

二、能够“撞碎”质子、中子的伽马光子

承认光子存在质量，并且光子的质量是可变的，是解决光子之谜的必由之路，更是解决伽马射线暴光子（超高能γ）的必由之路。不论是核聚变，还是核裂变都不能破坏中子、质子，而伽马射线暴的光子能“撞碎”质子、中子。光子的结构就是基本粒子结构，基本粒子是相互绕转的元电荷，不论存在于物质内部，还是辐射到外部空间都遵循的规律是M^2R=Q，其中，M是相互绕转元电荷的质量、R是相互绕转元电荷的半径、Q是常数。质子、中子也是由基本粒子组成的。

我在《自然界最小最精细的物理常数及意义》一文中论述到，相互绕转的元电荷——基本粒子，不论存在于物质内部，还是辐射到外部空间都遵循的规律是M^2R=Q，其中，M是相互绕转元电荷的质量、R是相互绕转元电荷的半径、Q是常数，并推出Q=3.95×10^-85。其实，就是光量子遵循的规律，伽马射线暴光子同样遵循这个规律。我在《光量子波长和光量子半径之比的函数关系》一文中论述到，δ=λ/ R=HM/Q——（1），其中，H=2.21×10^-42。即光量子的波长和光量子的半径的比值是一个正比例函数，并且是增函数——和光量子的质量成正比。我们计算一下δ（m）函数的比例常数，H/Q=2.21×10^-42/3.95×10^-85=5.6×10^42。所以R=λ/5.6×10^42m——（2），其中R是光量子的半径、λ波长、m是光量子的运动质量。紫光的波长λ=4×10^-7,、紫光的频率γ=7.5×10^14，根据hγ=mc^2，m=5.5×10^-36，将m、λ代入方程（2）R=λ/5.6×10^42m并计算得：R=1.29×10^-14m。

伽马光子形成的光波的波长不大于质子、中子的直径，单独的一个波长携带两个伽马光子，由于光子半径和光子的波长的关系是同大同小，伽玛射线暴粒子的能量可以达到1.4拍电子伏，我们把这一数据的单位转化为焦耳，1.4×10^15×1.6×10^-19J=2.24×10^-4J。设迄今为止最强伽玛射线暴光子的质量为M，则有：Mc^2=2.42×10-^4J，解得M=2.7×10^-21kg，此数据代入M^2R=Q=3.95×10^-85，计算出能量为1.4拍电子伏光子的半径：将2.7×10^-21kg代入M^2R=Q=3.95×10-85，计算迄今为止最强伽马光子的半径：R=Q/M^2=5.4×10^-44m。由方程R=λ/5.6×10^42m——（2）计算1.4拍电子伏光子的波长，λ=5.6×10^42×5.4×10^-44×2.7×10^-21m=8.16×10^-23m。中子、质子的半径和这个数字相当或少大一些，否则就不会发生毁灭性的碰撞。超高能γ直接碰撞原子核中的中子、质子，给质子、中子以毁灭性的撞击，释放出普通的γ、电子、正电子等呈现为“空气簇射”。

一般的核裂变，放出的能量是核能，并且轻核不能裂变，而“超高能γ和质子、中子的碰撞放出了质子、中子内部的能量。“超高能γ和质子、中子的碰撞，能引起空气分子的核裂变，使轻核裂变成为现实。也就是说，超高能γ和质子、中子的碰撞能引起轻核裂变，并能撞击多个中子、质子，产生链式轻核裂变，放出能量，直到超高能γ的能量和普通的γ能量相当。超高能γ的能量极大，是因为超高能γ质量极大，一个超高能γ的质量不小于一个中子的质量，可以大于一个或多个原子核的质量。

其实，光速是存在于原子内部基本粒子绕转的最小速度，即速度的极大值存在于微观世界，并非宏观世界，光速是红光世界的极限速度，并不是整个世界的速度极大值。

三、超高能γ和质子、中子的碰撞比质子对撞机更彻底

基于上述分析、论证建立粒子对撞机意义不大。质子、中子对撞机对撞不出比质子、中子质量大的基本粒子或非基本粒子（质子、中子或是直接基本粒子组成，或不是，现在理论提到的夸克也未必是基本粒子）。按照我上面对基本粒子的分析，单个基本粒子（超高能γ）的质量能大于单个中子、质子的质量，所以中子、质子对撞机对撞不出真正的基本粒子，没有太大的意义。真正的基本粒子，质量、半径范围较大，我们只注重研究了基本粒子辐射到外部空间的波长、半径，例如可见光。我们对存在于原子核内部的质量较大、半径较小的基本粒子了解的很少。其实，它们就是伽马射线暴粒子（超高能γ），伽马射线暴粒子存在于物质内部的半径，比我们观察到的伽马射线暴粒子的半径还要小一些，质量更大。

综上所述，所以建立粒子对撞机不如研究超高能γ生成次级粒子，超高能γ和质子、中子的碰撞比质子对撞机碰撞地更彻底，建立粒子对撞机意义不大。