Kosmiska strålar är subatomära partiklar som flyger genom rymden med stor hastighet i alla riktningar. Cirka 90% av dem är protoner, 9% är heliumkärnor och 1% är elektroner. I motsats till deras namn är kosmiska strålar energiska partiklar snarare än strålar i sig. På jorden kan vi upptäcka kosmiska strålar när de kolliderar med den övre atmosfären och släpper ut en skur av laddade partiklar. Genom att observera hur intensiv partikelduschen är kan vi sluta oss till den kosmiska strålens energi och riktning.
En kosmisk strålning med ultrahög energi (UHECR) är en typ av kosmisk stråle med en onormalt hög energi. Det finns ingen officiell cutoff-gräns som definierar en kosmisk stråle med ultrahög energi, men termen syftar i allmänhet på kosmiska strålar som närmar sig eller överskrider Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) gränsen för kosmisk strålenergi. GZK-gränsen motsvarar en tröskelenergi på 6 x 1019 elektronvolt, cirka tio miljoner gånger mer energisk än partiklarna i de kraftigaste partikelacceleratorerna. Över denna gräns tror man att kosmiska strålar interagerar med den kosmiska mikrovågsbakgrunden för att producera exotiska partiklar som kallas pioner, och därigenom sänker deras energi till GZK-gränsen.
Men kosmiska strålar har observerats som överskrider GZK-gränsen. Detta är ett fysikens mysterium och kan vara en ledtråd till fysikaliska teorier som efterträder Einsteins, enligt respekterade fysiker som Lee Smolin. En sådan kosmisk stråle, observerad vid Dugway Proving Grounds i Utah och med smeknamnet Oh-My-God-partikeln, hade en energi på cirka 3 x 1020 elektronvolt. Detta motsvarar ungefär det för en välslungad baseboll – men här talar vi om en partikel som är mindre än en typisk atomkärna. Det uppskattas att denna partikel färdades med ungefär 1 – 5 x 10-24 ljusets hastighet. Detta betyder att om den kosmiska strålen strömmade över en foton (ljuspartikel), efter ett helt års resor, skulle den kosmiska strålen bara vara 46 nanometer bakom den ursprungliga fotonen.
Sedan upptäckten av Oh-My-God-partikeln 1991 har minst femton liknande händelser registrerats, vilket bevisar att kosmiska strålar med ultrahög energi är ett verkligt fenomen. Eftersom sådana partiklar är så energiska är det osannolikt att de skulle påverkas av galaxernas magnetfält, så de skulle troligen färdas i en direkt linje från deras ursprungspunkt. Men ingenting av intresse hittades i riktning mot himlen varifrån den kosmiska strålen härstammar. Varför är det så? Vi vet inte.