费米加速
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大自然是怎样把一个普通粒子加速到惊人能量的——没有工程师，也没有电源线？恩里科·费米在 1949 年给出的答案优美而简单：让它反弹。如果一个粒子不断撞上移动的“墙”，而这些墙迎面而来的次数多于离它而去的次数，那么它每一轮都会获得一点能量——就像你不断用向前挥动的球拍去拍网球，球会越来越快一样。把这些温和的踢踹重复足够多次，一个普通粒子就变成了一个宇宙射线。
在太空里，“墙”不是实心的，而是移动的磁扰动，尤其是激波——快速运动的气体撞上较慢气体所形成的陡峭波前，比如超新星膨胀的爆波。一个带电粒子可以来回穿越这样的激波，由于两侧气体的流动方式，它每次穿越时都看到一堵迎面而来的墙，于是每一个往返都获得能量。这就是现代、高效的版本，叫作扩散激波加速（有时称“一阶费米”）。值得注意的是，这套简单的物理预言出一条幂律谱——低能粒子多、高能粒子少，按一种平滑的比例分布——而这与我们在宇宙射线中实际测到的非常吻合。
费米加速是我们解释宇宙射线从何而来、以及非热粒子如何在宇宙各处被制造出来的首选机制：在超新星遗迹里、在相对论喷流的激波里、在太阳耀斑里，甚至在太阳系的边缘。它不需要任何奇异的新物理——只需要反弹、激波，和耐心。尚未解决的问题在于它的极限：它是如何启动的、它能把最高能的粒子推到多高，以及单凭激波能否达到那些最罕见宇宙射线那令人咋舌的能量。
当超新星的爆波以每秒数千公里向外横扫，被困在激波附近的质子一次又一次地穿越它，每个往返获得百分之几的能量。在数千年里，一个不起眼的质子就能被抬升到银河系宇宙射线的能量——不需要任何机器，只要一道激波和时间。
粒子来回穿越激波波前，每穿越一次就获得能量——最终成为宇宙射线。
费米加速是统计性的，而不是一记大踢：大多数粒子几乎没有获益，少数幸运儿多次穿越激波而达到极端能量，这自然地构筑出一条幂律谱。1949 年最初的想法（“二阶”）很慢；激波则带来快得多的“一阶”版本，在实际中占主导。