谈谈宇宙线和LHAASO成果

什么是宇宙线?尽管由于历史原因宇宙线被称为射线,宇宙（射）线实际是指宇宙中比比皆是的高能带电粒子。     

揭秘宇宙线起源：LHAASO的使命、挑战与展望

高海拔宇宙线观测站(LHAASO)是人类研究宇宙线最大的实验装置之一,其核心科学目标是寻找宇宙线的起源,不但要探测超高能伽马射线源,也致力于精确测量地球附近带电宇宙线的成分和能谱,系统地研究宇宙线的加速过程及传播机制。从发现12个超高能伽马源(标志着超高能伽马天文学领域的开启),到第一个星表的发布(展现出银河系丰富多彩的宇宙线加速源的候选天体),LHAASO已经为发现宇宙线起源奠定了良好的基础。此外,这些成果为后续的宇宙线加速机理和传播效应的研究指明了方向,同时也为现有理论与模型提供了精确检验的机会与挑战。文章概述了LHAASO项目的开展背景、望远镜主要结构及其在宇宙线物理学中的重大意义,并对其未来的研究方向进行了展望。     

LHAASO启航，目标宇宙线起源——《LHAASO科学白皮书》解读

1912年,维克托·赫斯携带着自己设计的能够承受高空大气温度和气压变化的验电器,首先在维也纳的一片牧草地上测量了地面辐射强度,然后乘坐气球升到5300米的高空,测量到大气中的辐射强度是地面上的9倍,得出结论:高穿透力的辐射不是来自于地球,而是来自太空。13年后,罗伯特·密立根(做油滴实验的那位)为之起名宇宙射线(cosmicray,亦译作宇宙线),意思是来自宇宙的不知名的射线。这种命名法在当时是普遍的,即将未知辐射谓之某某射线,比如紫外线、X射线、伽马射线、阿尔法射线、贝塔射线,后来即便研究清楚了射线的粒子本质(上述射线分别是能量高于可见光并且能量依次增高的三种光子、氦核、电子),仍然保留了惯常叫法。     

利用高能中微子探索宇宙线起源之谜

高能电子通过逆康普顿散射,将能量传递给被散射的低能光子,产生高能的伽马射线。虽然高能电子也是宇宙线的一部分,但是考虑到质子、氦核等强子成分在宇宙线中占据了主要成分,如果没有特殊说明,我们在讨论宇宙线起源的时候,一般是指质子等强子成分的起源。     

物理学家解开准晶体形成之谜

在高温下,加入钡后,二维氧化钛的结构会分解,形成4个、7个和10个原子的环,而不是典型的六边形。这种原子的非周期性排列是由德国哈雷威滕伯格大学(Martin Luther University Halle-Wittenberg)、法国格勒诺布尔大学马克斯·普朗克微结构物理研究所(Max PlanckInstitute for Microstructure Physics,Université GrenobleAlpes)和美国盖瑟斯堡国家标准与技术研究所(NationalInstitute of Standards and Technology in Gaithersburg,USA)的研究人员,合作发现的。他们的研究解决了由金属氧化物形成二维准晶体的谜团,并于最近发表在《自然通讯》(Nature Communications)期刊上。     

火眼辣叟——高海拔宇宙线观测站(LHAASO)首批科学成果发表

高海拔宇宙线观测站是我国“十二五”期间批准立项的国家重大科技基础设施。英文名字为LargeHigh Altitude Air Shower Observatory,缩写LHAASO,读音为辣叟。     

部分相干理论有可能解开红移之谜

一种关于光的行为的新理论将从根木上改变天文学家利用天体谱线红移测定其距离的方法.美国 Rochester大学的 Emil Wolf 所倡导的新理论认为光在自由空间长距离传播时其谱将有所改变.这与长期以来物理学家研究光的性质时所依赖的一个重要假设相矛盾,这一假设认为光的谱特征是不变的.若新理论是正确的,则将对利用天体(特别是类星体)光谱的谱线红移来确定其距离的传统办法带来较大的冲击. Wolf在 1987年3月26日的一期 Nature杂志上发表文章[1],证明光传播时其能量特性将有所改变,因为不能保证一个在距光源很远的观测者所看到的光和刚离开光源…     

利用LHAASO实验检验相对论并探索新物理

中国高海拔宇宙线观测站(LHAASO)探测到了迄今最高能量的宇宙光子,其能量超过拍电子伏特量级,开启了超高能伽马天文学的新时代。LHAASO合作组完整记录了伽马暴GRB 221009A的全程爆发过程,首次测得来自伽马暴超出10 TeV的高能光子。这些发现不仅对人们理解宇宙线起源具有重要意义,也为检验相对论并发现新物理提供了很好的契机。文章简要介绍LHAASO的这些观测结果,并指出这些结果可在检验爱因斯坦狭义相对论中洛伦兹不变性、恒定光速的基本假设,以及探索新物理机制的研究中发挥重要作用。     

锦屏深地实验室解开古老恒星钙丰度之谜

<正>目前已知的元素有118种,把它们按照化学性质排列出来,就是我们熟知的元素周期表。这些元素构成了我们周围的世界,包括恒星(比如太阳)、行星(比如地球)。于是就有了一个自然的问题,这些元素是怎么合成的?为什么不同的元素含量相差如此之大?比如地壳中氧和硅含量很多,金银等贵金属含量却很少?它们的含量会随着时间变化吗?研究我们的星空可以在一定程度上回答这些问题,因为绝大部分元素都是在恒星内部通过各种核反应合成的^[1]。     

高海拔宇宙线观测站开启“超高能伽马天文学”时代

从古至今,人类对宇宙星空的向往就从未中断,它激发了人类无尽的遐想与不断探索未知的欲望。当我们仰望星空,人类对宇宙的无尽联想与探索就开始了。     

宇宙线的起源

在四十多年以前,发现了宇宙线。立刻就产生了关于这一新辐射的起源问题。但是在很长的时间内,只能停留于建立纯粹的假说。因为不只对于太阳系与星际介质内,甚至对于大气边缘的初级宇宙线的知识,也还一无所有。在1948-1950年确定,初级宇宙线的组成除质子外还有各种元素的原子核。最后,1950-1953年基于射电天文学的资料,作出关于银河系内外宇宙线分布的确定论断。这样;就开始能够以观测为基础通过计算研究宇宙线。苏联学者基于这些原则所建立的宇宙线起源理论,近几年来已赢得日益广泛的承认。本文的目的在于阐述这一理论,并且,自然地,我们将限于考虑由于初级宇宙线的研究与射电天文学的观测所得的那些实验资料。     

关于LHAASO发现PeV粒子的问答——F.Aharonian教授谈LHAASO观测结果

著名的宇宙线物理学家布如诺·罗西把宇宙线描述为“稳定持续不断的带电粒子雨,以近乎光的速度落到地球上来,每时每刻来自所有方向”。     

宇宙线的百年研究

二十年的大气电离之谜导致了宇宙线的发现．宇宙线的研究打开了粒子物理学的大门．而今天，宇宙线又为银河系外的天体物理学开启了一扇窗口．     

太阳宇宙线的传播效应

应用电子计算机计算了太阳宇宙线在均匀并无限的行星际介质中传播的各向异性扩散对流方程的量纲分析解.本文介绍利用Jokipii扩散系数计算的结果,只讨论太阳风对流对太阳宇宙线事件上升至极大时间及峰强度的影响,并且考虑了太阳共旋效应.模型很好地说明事件传播特性随其源耀斑相对于过地球的行星际磁力线的太阳经度的变化,上升时间的理论曲线很符合于自相对论能量至大约30 Mev的中能事件的观测结果.     

太阳爆发：源动力之谜

看似宁静的太阳上存在着诸多活动现象,其中的爆发活动,包括耀斑(solar flares)和日冕物质抛射(CMEs),是太阳系内最剧烈的能量释放,也是造成空间环境和空间天气变化的最主要因素。磁场重联一直被认为是其背后的驱动力,然而确凿的证据一直没有找到。现在,新一代观测卫星太阳动力学天文台(SDO)终于记录到了完整可信的日冕重联过程。文章中我们简要回顾太阳爆发的研究历史,介绍最新的研究成果,并讨论将来的研究重点。     

宇宙线是从哪里来的——太阳是否为宇宙线源

1912年奥地利物理学家维克托·赫斯通过高空气球实验证明了地球之外存在一种穿透能力很强的辐射,这些辐射自上而下进入大气层并与大气发生相互作用使大气发生电离。     

利用宇宙线直接测量结果对初级宇宙线能谱参数的调整

由JACEE?,RUNJOB和SOKOL等宇宙线直接测量结果和刚度截断模型,对于10¹⁴—10¹⁶eV能区的初级宇宙线微分能谱参数进行调整.利用调整后的能谱与选取QGSJET模型的CORSIKA程序进行EAS模拟,同HD,PD谱进行对比研究.采用相同的标准对模拟数据与实验数据进行分析.结果表明,调整后的谱和HD谱的模拟结果与甘巴拉山乳胶室实验结果符合较好,而PD谱的模拟结果与实验结果偏离较大.     

宇宙线与超新星的关联

宇宙线是存在于恒星际、星系际间的超高能粒子流,主要是由原子核(其中,主要是氢原子核,即质子)、电子等组成。1912年,维克托.赫斯(VictorHess)在一次高空气球飞行实验中首次记录到宇宙线。经过了90多年的发展,如今宇宙线观测的能量范围已能从低能区(107eV)到高能区(1021eV),直跨13个数量级,流量落差达30多个数量级,其能谱的总结构呈现为非热幂律谱特征,即流量(N)与能量(ε)的关系满足N(ε)=Aε-α,但是整体能谱曲线在1015eV和1019eV附近都有明显的折断,我们把这些折断处分别称之为“膝”和“踝”,相应的在这些不同能量段上的幂律指数α…     

超高能宇宙线的研究

本文分四个部分讨论了超高能宇宙线的现象:(1)超高能宇宙线的一些特性:原初宇宙线的能谱和成份。(2)超高能宇宙线与核的相互作用。(3)广延大气簇射的一些实验结果。(4)稀有现象。文章还评述了超高能宇宙线的几点倾向性结论。