探测到位于银心的“暗”宇宙线源

宇宙线是来自外层空间不断轰击地球大气层的高能粒子．自从1912年奥地利科学家赫斯(victor F．Hess)发现此天外来客以来，90多年过去了，至今，天体物理学家仍不清楚能量极高的宇宙线来自何处以及它们是怎样被加速到如此高的能量的，但科学家们相信宇宙线的加速机制与极高能量γ射线的产生是有关联的．     

高能中微子与宇宙线的多信使研究

 宇宙线是来自地球之外的高能带电粒子，约99%为原子核，1%为电子。此外，在传播过程中，宇宙线通过与星际介质作用，产生少量次级核子及反质子、正电子等次级宇宙线粒子。宇宙线的发现始于1912年，迄今为止观测到的宇宙线粒子的最高能量已达到3×10²⁰电子伏特，是最大的粒子加速器LHC （large hadron collider）所能加速粒子能量的千万倍。但宇宙线的起源至今仍是未知之谜^①。近些年研究表明，高能宇宙线应来自于宇宙中的天体，因而宇宙线研究属天体物理和粒子物理的交叉学科^②。     

银河系宇宙线的超新星遗迹起源学说

 20世纪初，随着人们对空气电离度测量精度的不断提高，大气电离现象被普遍观测到并被归因于放射性元素衰变产生的高能辐射。1911~1913年奥地利物理学家维克托·赫斯（Victor Franz Hess）通过一系列高空气球实验发现了来自外太空的可以导致空气电离的辐射--宇宙线^①，他也因此获得了来自于河外高能天体源。能量低于109eV （1GeV）的宇宙线由于受太阳风的影响，很难到达地球附近。由太阳活动产生的高能粒子的能量通常也低于1 GeV⑦，因此在地球附近观测到的能量低于1 GeV的高能粒子主要产生于太阳系。虽然银河系中很多高能天体都可以产生宇宙线，但是超新星遗迹被普遍认为是最主要的银河系宇宙线源。这就是所谓的银河系宇宙线的超新星遗迹起源学说。1936年的诺贝尔物理学奖（图1（a））。20世纪30年代，人们通过对来自地球东西方向宇宙线流量不对称性的分析，逐渐认识到它们主要是由带正电的高能粒子组成，受地球磁场影响，来自西方的宇宙线流量更高。后来的一系列研究表明，99%的宇宙线是原子核，其中约10%为α粒子即氦核，更重的原子核占1%左右。考虑到宇宙线的高流量，1934年巴德（W.Baade）和兹维基（F.Zwicky）指出，它们可能来自于超新星爆发^②。由于宇宙线粒子带电，在星际介质中传播时将受到星际磁场的影响，因此地球附近观测到的宇宙线空间分布几乎是各向同性的，这也导致我们无法通过对宇宙线的成像观测来确定宇宙线源。但是宇宙线可以和背景等离子体相互作用产生从射电到伽马射线的电磁辐射，随着射电天文、X射线天文、伽马射线天文的发展，人们不仅发现了超新星爆发产生宇宙线的观测证据，还发现了其他一些可以产生宇宙线的高能天体^③~⑥。     

高能中微子与宇宙线的多信使研究

<正>宇宙线是来自地球之外的高能带电粒子,约99%为原子核,1%为电子。此外,在传播过程中,宇宙线通过与星际介质作用,产生少量次级核子及反质子、正电子等次级宇宙线粒子。宇宙线的发现始于1912年,迄今为止观测到的宇宙线粒子的最高能量已达到3×1020电子伏特,是最大的粒子加速器LHC     

几代人努力的丰硕成果

自1912年赫斯首次发现天空中无处不在的宇宙射线以来,宇宙线特别是超高能宇宙线的起源及其加速机制就成为世纪之谜,迄今仍是如此.位于四川稻城海子山的高海拔宇宙线观测站(LHAASO)在完成全部建设任务之前就开始部分运行.凭借其前所未有的伽马光子探测灵敏度,观测到大量的超高能伽马射线(PeV,1015 eV)来源于银河系内...     

超高能宇宙γ射线所提出的疑问

在五十年代以前的二十多年里,几乎所有的新粒子都是首先从宇宙线中发现的.只是随着具有GeV能量和更高能量的加速器的相继建成,高能物理学家才逐渐把注意力转向加速器实验. 近几年建立起来的一系列新的超高能宇宙线粒子探测器已观测到从一些“点源”发射来的能量高于1015eV的高能宇宙线粒子.而在此之前人们还从未探测到能量高于1012eV的从点源发出的宇宙线粒子. 观测到从点源发出的超高能宇宙线粒子无疑会有助于解开七十多年来未能解决的宇宙线起源之谜.更重要的是,对这一系列观测进行分析得出的结果还向物理学家提出了一系列疑问. 高能原…     

联系无限大与无限小的一门学科──宇宙线物理学

宇宙线是在天体物理过程中产生的各种不同能量的微观粒子流.它们中间包括地球上已有的各种元素的原子核,其中氢核(质子)约占百分之九十,氦核(α粒子)占百分之九,其他原子核共占百分之一,γ射线、原初电子又占上述各种原子核的百分之一.宇宙线粒子的最高能量已达1020电子伏以上;这就是说,在一个直径不到微微米的粒子上集中了10个焦耳以上的能量.这比世界上现有加速器的能量高出几亿倍.但宇宙线的流强很弱,并且流强近似地随能量平方反比下降.在大气层顶部,每平方米面积上每小时大约飞来一个具有1014电子伏的粒子.由于空间磁场强度约为10-5高斯…     

超新星遗迹与LHAASO

 宇宙线的起源作为科学难题已经长达一个世纪。近年随着GeV、TeV伽马射线天文望远镜的发展，探测到了一批高能和甚高能伽马射线超新星遗迹（Supernovae Remnant，SNR），表明超新星遗迹的电磁辐射，不仅从低频射电波段跨越到X射线波段，而且延伸至伽马射线波段，是宇宙中重要的伽马射线源。频率跨度如此之大的电磁辐射，科学家们用以研究各种天文物理过程，如恒星晚期演化与核合成，激波动力学，相对论性粒子高能辐射，高能粒子加速、传播等等。特别是，超新星遗迹被普遍推测为银河系内主要的宇宙线加速源。为了确证对超新星遗迹或其他高能天体这样的推测，深入探索宇宙线的有关机理，必须建造下一代更灵敏的伽马射线望远镜，在更高的能段投入观测。超新星遗迹也因此成为LHAASO项目的重要探测目标。     

宇宙线研究进展评述与展望

近年来,宇宙线探测技术发展迅速,天基和地基宇宙线实验均取得了多项重要成果,打破了宇宙线研究领域多年来的沉寂.多手段复合观测是精确测量宇宙线能谱和成分的必要途径,甚高能伽玛射线天文学成为探索宇宙线起源这一世纪之谜的最有效手段.高海拔宇宙线观测站(LHAASO)计划将以最高的超高能伽玛射线探测灵敏度和甚高能伽玛射线巡天灵敏度以及最宽的宇宙线能量覆盖范围探索领域的基本问题.     

大型高海拔空气簇射观测站

在羊八井宇宙线观测和研究的基础上,科学家又提出了建设一座高海拔空气簇射观测站(LHAASO)的计划。LHAASO的核心科学目标是探索高能宇宙线起源以及相关的宇宙演化、高能天体演化和新物理前沿的研究。通过开展全天区γ源扫描并精确测量Y能谱,积累各种γ源的统计样本,通过对辐射机制的探索发现高能粒子的加速源,测量单成分宇宙线能谱,确定"膝"的位置,实现空间的宇宙线直接测量和地面的空气簇射测量之间的无缝连接,完成宇宙线能谱的     

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…     

极端超高能宇宙线的天体起源含磁单极的活动星系核模型

首先介绍了极端超高能宇宙射线的探测现况和理论研究中的困难. 从作者自己1985年前后提出的高速旋转的含磁单极的活动星系核模型出发，提出极端超高能宇宙线的天体起源的新理论模型. 其核心思想在于利用磁单极催化核子衰变, 产生高能带电粒子. 在Lorentz变换下, 含磁单极天体的径向磁场诱导出一直延伸到很远处的电场. 在这个电场的加速下，荷电粒子(结合一系列物理过程)可以到达10²¹eV的能量. 而且具有同观测相比较的流量.     

近几年我国宇宙线研究的主要进展

宇宙线最主要的特点有两个.第一,它的流强虽然很弱,但含有能量极高的粒子,至今已探测到的宇宙线粒子能量可达1021eV;第二,它可以从宇宙深处带来各种高能的物质样品.人们发现和研究宇宙线已有七十年的历史,现已形成一门学科─—宇宙线物理学.这是一门联系从基本粒子和它们之间相     

活动星系核与高能宇宙线

 宇宙线发现100年来，人们对其成分、产生和加速机制、及其传播效应进行了广泛的研究，并获得了丰富的天体物理信息，但其起源至今仍然不清楚。一般认为相对低能的宇宙线起源于银河系内，极高能宇宙线起源于河外，而作为宇宙中最明亮的河外天体，活动星系核很可能是河外宇宙线源。随着多信使观测时代的到来，我们拥有了前所未有的从整体上去理解高能伽马射线和河外极高能宇宙线最好机遇。本文将简要地回顾和讨论活动星系核与高能宇宙线起源之间的关系，并对我国即将建成的高海拔宇宙线观测站（LHAASO）研究预期进行展望。     

宇宙线天体物理中的几个重要问题

宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子流,研究宇宙线的起源、加速、传播机制及其所涉及的天体物理和宇宙学过程是宇宙线天体物理研究的重要内容。本文介绍并讨论其中几个涉及物理学一些基本问题的重要课题的研究现状及前景,其中包括极高能宇宙线的观测研究,太阳中微子能谱的实时测量,宇宙线中新粒子的搜寻等。     

近地空间宇宙线荷电粒子暴与地震的关联

 从宇宙线早期研究中,已经观测到它的强度有1日,27日和11年的周期变化,这与太阳的调制过程有关。同时也观测到因气象原因引起宇宙线强度的变化,如温度,气压和季节效应。随着科学技术的飞速发展,特别是用各种各样的航天器运载探测器研究大气外层空间的宇宙线瞬间变化,得到一些有意义的结果。太阳照射到地球大气层顶部的电磁辐射能流为10¹⁰erg·m^-2·s-1,而宇宙线粒子总能流约要比它低八个量级,似乎可以忽略不计。但宇宙线穿过大气层损失绝大部分能量,产生正负离子,它们是形成云雾水珠的凝结核,也能触发雷暴和闪电,对大气层中很多物理过程都有影响。     

宇宙线天体物理中的几个重要问题

宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子流，研究宇宙线的起源、加速、传播机制及其所涉及的天体物理和宇宙学过程是宇宙线天体物理研究的重要内容。本文介绍并讨论其中几个涉及物理学一些基本问题的重要课题的研究现状及前景，其中包括极高能宇宙线的观测研究，太阳中微子能谱的实时测量，宇宙线中新粒子的搜寻等。     

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.在地球上,人类不能够直接感受到宇宙线,但能够感受到宇宙线轰击大气后产生的效应.正因为此,在大致110年前,宇宙线的存在就已被发现,并被授予诺贝尔物理学奖.我们现在知道宇宙线由自由电子和原子核组成,主要成分是氢,也包括少量的...     

超高能γ–强子族的能量集中现象

通过对甘巴拉山铁乳胶室观测到的族事例以及COSMOS程序和CORSI-KA程序产生的模拟族事例进行分析、对比,对超高能γ强子族的能量集中现象的产生特征进行了细致的研究.初步的结论是:超高能γ强子族的能量集中现象是族中含有的高能中心簇射集团的外在表现,这种现象在实验上发生的频度为(20.5±3.1)%,集团的平均横向扩展约为0.37cm.与传统的以唯象多团模型为基础的COSMOS程序相比,基于SIBYLL模型的CORSIKA程序的模拟结果较为接近实验的分析结果.     

重离子核反应中核子的穿梭加速机制

本文讨论中高能核-核反应中一种加速核子的机制.其要点是:入射核的部分核子在靶核和入射核的其余部分之间往返穿梭碰撞并被加速.基于经典模型的计算表明,在经过一次往返碰撞后,出射粒子的最高能量是平均入射能量的1.33倍.计算了发射高能核子的产生截面、能谱和角分布.