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  宇宙線:宇宙高能“子彈”

  廣袤宇宙中除了繁星,還隱藏一個秘密。無數粒子正以接近光的速度飛馳,它們就是宇宙線。

  1912年奧地利物理學家維克多·赫斯意外發現了宇宙線。這些產生于宇宙深處的高能“子彈”,把人類對物質世界的認識深入到粒子層面,并把無限小的微觀世界與無限大的宇觀世界聯系起來。

  科學發現,在靠近地球的太空中,每分鐘約有一個宇宙線粒子穿過一枚硬幣大小的面積。宇宙線中90%是質子,其次是氦核,約占9%,剩下是其他各種元素的原子核、少量光子、電子、中微子以及反物質粒子等。

  宇宙線發現后的100多年來,與之相關的研究獲得5次諾貝爾獎,但人類還不清楚高能宇宙線的主要來源。什么樣的物理過程把這些粒子加速到如此高的能量?它們飛往地球的旅途中經歷了什么?它們在宇宙演化各階段起什么作用?

  世界各國紛紛投入資金與設備對其展開研究,中、美、俄、日、德等國家建有宇宙線觀測站。

  高海拔宇宙線觀測站(LHAASO):捕捉”天外來客“

  以宇宙線觀測研究為核心的國家重大科技基礎設施,位于四川省稻城縣海拔4410米的海子山,占地面積約1.36平方公里,是由5195個電磁粒子探測器和1188個繆子探測器組成的一平方公里地面簇射粒子陣列(簡稱KM2A)、78000平方米水切倫科夫探測器、18臺廣角切倫科夫望遠鏡交錯排布組成的復合陣列。LHAASO采用這四種探測技術,可以全方位、多變量地測量宇宙線。

雪中觀測基地(2020.4.27攝)雪中觀測基地(2020.4.27攝)

  高海拔宇宙線觀測站的核心科學目標是:探索高能宇宙線起源以及相關的宇宙演化和高能天體活動,并尋找暗物質;廣泛搜索宇宙中尤其是銀河系內部的伽馬射線源,精確測量它們從低于1TeV(1萬億電子伏,也叫“太電子伏”)到超過1 PeV(1000萬億電子伏,也叫“拍電子伏”)的寬廣能量范圍內的能譜;測量更高能量的彌散宇宙線的成分與能譜,揭示宇宙線加速和傳播的規律,探索新物理前沿。