宇宙“超等加快器”现身

 
 
宇宙“超等加快器”现身  
 

西藏羊八井ASgamma尝试外貌阵列 中科院高能物理研究所供图

■本报记者 丁佳

在追求“更高、更快、更强”上，高能物理学家跟运带动大概没有什么区别。在全球各地，一个个大型加快器日夜不断地运转着，试图揭开更多的科学奥秘。

不外，宇宙好像老是能垂手可得地将人类“秒杀”。7月3日，中国科学院高能物理研究地址北京公布，中日相助尝试团队操作我国西藏羊八井ASgamma尝试阵列，于克日发明白迄今为止最高能量的宇宙伽马射线，比此前国际上正式颁发的最高能量高5倍。相关论文已被《物理评论快报》推选为高亮点论文，并将于7月下旬在线颁发。

热气球带来的未解之谜

1912年，奥地利物理学家维克托·赫斯带着本身设计的仪器，坐着热气球，飞上了5300米的天空。这次斗胆而猖獗的尝试，让宇宙线第一次被人类发明，赫斯也因此得到了1936年诺贝尔物理学奖。人们惊奇地发明，这些来自外太空的高能粒子，天天城市像雨一样落在地球上，密密麻麻，悄无声息。

然而，100多年已往了，宇宙线的发源却仍是未解之谜。“非光子身分的带电宇宙线在银河系磁场中会产生偏转，因此它们的抵达偏向并不能代表其加快源头的真实位置。”中国科学院高能物理研究所研究员黄晶说。

幸好尚有一个破例。伽马射线光子是电中性的，不会产生偏转，能直指其发生的源头，而超高能量的伽马射线又是由高能带电粒子发生的。因此，超高能伽马射线视察是研究这些极度粒子加快进程及其产生的极度情况的奇特途径，是摸索极度宇宙的重要探针之一。

可是，探测伽马射线同样坚苦。黄晶表明称：“超高能伽马射线的流强太低，不到宇宙线的1%，全都沉没在宇宙线的配景中了，所以我们很难从中挑出伽马射线。”

“利器”进级 全程“高能”

由中国科学院高能物理研究所和日本东京大学宇宙线研究所配合主持的西藏羊八井ASgamma尝试位于海拔4300米的西藏羊八井地域，1990年一期阵列建成并开始运行，后经多次进级改革。羊八井尝试在银河系宇宙线的探测研究方面做出了一系列重大发明。

2014年，相助构成员在现有探测阵列下面新增加了地下缪子水切伦科夫探测器（有效面积4200平方米）。操作这种地下缪子水切伦科夫探测器的数据，科学家可以或许剔除99.92%的宇宙线配景噪声。

正是凭借这个埋在地下2.5米的新探测器，使得西藏羊八井尝试成为了国际上100TeV以上能区最敏捷的伽马射线天文台，并取得了本次成就。

此次中日相助尝试共发明白24个100 TeV以上的伽马射线事例，超出宇宙线配景5.6倍尺度毛病，个中能量最高的约为450TeV。而此前国际上探测到的最高能量的伽马射线为75TeV，由德国的切伦科夫望远镜尝试组视察到。

这一发明，符号着人类对超高能伽马射线的天文视察进入到100TeV以上的视察能段。南京大学传授陈阳评论称，该成就是人类“揭开宇宙线发源之谜途中的一个里程碑”。

宇宙“网红”的奥秘

这些宇宙伽马射线所指向的来历，是一个陈腐的宇宙“网红”——蟹状星云。

作为金牛座的著名超新星遗迹，早在1054年，我国宋朝天文学家就具体记录了该超新星的发作现象。蟹状星云间隔地球6500光年阁下，其能量来历是位于个中的高速旋转的脉冲星，即蟹状星云脉冲星。

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蟹状星云因其在全电磁波段均具有较高亮度而备受存眷。多年来，全球科学家在从射电、光学、X射线直至伽马射线的整个电磁波段对其举办了具体的视察和研究。可是，跟着光子能量的增加，蟹状星云的光子流强越来越低，视察也越来越坚苦。

这也让新发明的超高能伽马射线越发难能难堪。科研人员认为，这些100TeV以上的高能光子大概是更高能量的电子与周围宇宙微波配景辐射光子产生“逆康普顿散射”的功效，而超高能电子、正电子则是在蟹状星云的脉冲星风云中发生。

由此科学家揣度，蟹状星云是银河系内天然的高能粒子加快器。与今朝世界上最大的人工电子加快器对比，蟹状星云的电子加快本领至少要高上万倍。

虽然，人类的好奇心毫不会满意于此。作为西藏羊八井尝试的后续项目，我国正在四川稻城建树大面积高海拔宇宙线视察站（LHAASO），部门设备已经建成并投入视察运行。

“与羊八井尝试对比，稻城尝试的能量范畴和敏捷度还要高一个数量级以上。”中国科学院高能物理研究所副所长魏龙先容，“它将把宇宙线物理和超高能伽马射线天文研究推进到一个新高度。”

《中国科学报》 (2019-07-04 第1版 要闻)

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