在不远的将来，我们将会看到更多更高能的光子漂流到我们地球。
光，是我们无比熟悉的概念。物理学家告诉我们，光是由无数光子组成的。比如我们眼睛可以看到的的可见光就是可见光光子组成的。宇宙中还有各种不可见的“光”，它们也由能量各异的光子构成。那么，能量最高的光子可以高能到什么程度呢？
最近，中日合作的羊八井ASgamma实验的探测器探测到来自蟹状星云方向的24个能量超过100万亿电子伏（100TeV）的超高能光子，其中能量最高的那个光子达到了450万亿电子伏（450TeV），是此前最高能量记录（75TeV）的6倍，是可见光光子能量的百万亿倍。相关成果对应的论文已经被物理领域顶尖期刊《物理评论快报》所接受，即将于七月下旬作为亮点论文出版。
这些超高能光子从何而来？研究论文的作者们认为它们可能源于古老而低能的宇宙微波背景辐射。那么，什么是微波背景辐射？它们如何变为超高能光子？它们又是如何被探测到的？这篇文章以这批光子为主角，讲述它们奇幻漂流的一生。
宇宙大爆炸的余烬大约138亿年前，我们的宇宙比沙子还小得多，所有物质挤压在极端小、极端热的狭小区域内。接着，宇宙“爆炸”，我们以这个时刻的宇宙年龄为零。爆炸后的宇宙急剧膨胀。在宇宙年龄从零到38万年之间的阶段，宇宙中大量光子与其他粒子强烈碰撞，阻止中性原子形成——这些高能光子会把电子与原子核拆散。
在宇宙年龄为38万年时，由于宇宙的膨胀，那些高能光子的能量已经降到足够低，不能继续拆散原子，它们最后一次与电子发生碰撞后，就成为宇宙中散落的背景光子，电子也终于能够安安稳稳地与原子核结合为中性原子，宇宙也终于从一团迷雾一样的状态变为透明状态。
这个时刻，那些刚成为宇宙背景的光子的温度大约是绝对温度3000多度，发出暗红色的光。这是年轻时的宇宙的颜色。随着宇宙继续膨胀，这些光子的能量不断降低，到138亿年之后的今天，这些背景光子的温度已经只有绝对温度2.7度，相当于零下270摄氏度，比我们的南极还冷得多，对应的波长在微波波段，因此被称为“微波背景辐射”。
它们中的一部分在1964年被贝尔实验室的工程师威尔逊和彭齐亚斯意外发现，证实了宇宙大爆炸理论的正确性，二人也因此获得了1978年的诺贝尔物理学奖。
下面，我们将微波背景辐射光子简称为“背景光子”。
在这漫长的138亿年，这些背景光子在能量降低的同时，不断漂流。但在我们讲述这些背景光子进一步漂流的故事前，我们还必须先讲述一个看似与它无关，实际上却密切相关的故事：超新星爆发。
恒星的壮烈死亡：超新星爆发距离现在大约1千万年前，位于地球金牛座方向的一个区域中的一团巨大的氢分子云终于点燃了自己的中心，成为了一颗质量在8到10个太阳质量那么大的恒星，这颗恒星与地球的距离大约为6500光年，1光年约等于10万亿千米，因此这个距离约为6亿亿千米。
经过大约1千万年的演化，这颗恒星内部不再产生能量，巨大的引力占据上风，星体向内猛烈收缩，将核心压缩为一个几乎完全由中子构成的致密星体——中子星，恒星的其他部分物质砸在坚硬的核心上，然后向外反弹，中心天体发出的中微子协助反弹物质向外爆炸，形成了壮观的超新星。
超新星爆发后发出的强烈光芒向外传播，经过大约6500年后，到达地球上空，此时是公元1054年，中国正处于宋仁宗至和元年。北宋的天文官员发现天空突然出现了一颗新的星星，这就是著名的“天关客星”，也被称为“超新星1054”（SN 1054）。
超新星遗迹：巨大的加速器所有的超新星在爆发几年后，都将成为“超新星遗迹”。超新星遗迹里有大量弥散的超新星物质。这些物质内部的强烈碰撞或者中心遗留的中子星的强烈辐射会产生强烈的冲击波，这些冲击波将超新星遗迹里面的质子和电子加速到极高的速度——极端接近光的速度。因此，超新星遗迹自身就是无比巨大的加速器。
极端高能电子与背景光子的碰撞极端高能的电子四散开来之后，其中一部分朝着地球的方向飞来。这些极端高能电子在朝着地球运动的过程中，弥漫到超新星1054附近的低能背景光子们等到了机会，它们经常被高能电子撞击成高能光子。而我们这个故事中的主角们就是这群光子中的一部分。
光子与地球大气的碰撞：大气簇射地球上空有一层厚厚的大气，大气里有大量的各类气体分子。从太空中袭来的各类宇宙线与大气分子中的原子核碰撞，力量被大大削弱。因此使得我们免受高能宇宙线的伤害。
切伦科夫辐射与水切伦科夫探测器1934年，切伦科夫（Pavel Cherenkov, 1904-1990）研究放射性元素释放出的射线穿过液体的现象，发现液体发出蓝光，经过仔细分析，他确定这暗淡的蓝光并不是荧光。这个辐射后来被称为切伦科夫辐射。
西藏羊八井ASgamma实验的探测器的探测位于西藏海拔4300米处的羊八井的探测器由多个装满高度纯净水的切伦科夫探测器组成，每个探测器里放着一种被称为“光电倍增管”的仪器。
这个项目是中日合作项目，选择日本作为合作方，是因为日本在水切伦科夫探测器方面的技术世界领先，著名的神冈探测器与其升级版——超级神冈探测器都是水切伦科夫探测器，在中微子科学领域做出了多项重要贡献，于2002年与2015年两次获得了诺贝尔物理学奖。
LHAASO：更强的探测器2018年6月，我国开始建设位于四川海拔4410米的稻城、占地1.36平方千米的“大面积高海拔宇宙线观测站”（LHAASO），预计耗资12亿元，现在已经建成一部分。LHAASO由多个广角空气切伦科夫探测器、上千个地下的水切伦科夫探测器、占地近8万平方米的地上的水切伦科夫探测器和几千个闪烁液探测器构成，可以用来探测三个能量范围内的伽马射线和“宇宙线”。
这个项目的灵敏度比羊八井探测器的灵敏度高至少几十倍，将对超高能带电粒子和超高能光子的研究产生更深远影响。