羊八井国际宇宙线观测站

在西藏高原巍峨的念青唐古拉山脚下,有一片海拔约4300米的盆地,羊八井国际宇宙线观测站坐落在这里。这是世界上常年观测站中海拔最高、最有活力的观测站。作为一个优秀高山站它拥有诸多极为理想的条件:宽阔平坦的地形,几乎无积雪的温和气候,畅通的公路和铁路,以及优越的后勤保障。宇宙射线是来自宇宙深处的物质样品。它联结着宇宙的历史、天体的     

银河宇宙线起源、加速和传播问题的一些研究进展

宇宙线研究在我国已经走过了半个多世纪,从20 世纪50 年代建于云南落雪山海拔约3180 米的观测站,到文革后建于西藏甘巴拉山海拔近5400 米的高山乳胶实验观测站,再到1990 年建成的位于海拔4270 米的羊八井国际宇宙线观测站,我国研究人员为揭示宇宙线的奥秘进行了不懈的努力,作出了重要的贡献。本文,结合国外相关研究,介绍我国在银河宇宙线起源、加速和传播问题的研究方面所取得的一些新进展。     

10TeV宇宙线时间变化研究

利用羊八井ASγ二期阵列实验数据,分析研究了10TeV宇宙线时间变化,以10.4σ和9.6σ的显著性发现了10TeV宇宙线流强气象效应修正后的半太阳日和太阳日周期变化,没有发现有恒星日变化.同时发现10TeV宇宙线流强有7天左右周期变化的迹象.     

无限风光在险峰——为羊八井宇宙线观测站建立五周年而作

 自1990年元月10日一期阵列建成并于同年六月开始正式运行以来,羊八井宇宙线观测站己经问世五周年了。五年,在已有的高山站中是个很小的数字（见表1）,然而羊八井已挤身国际超高能γ天文实验三大主力行列而名扬海外。是什么使得它如此神奇?扩大了四倍的羊八井二期阵列将会有什么表现?羊八井三期发展计划将会给地面宇宙线实验和γ天文学科形势带来怎样的变化?这些不仅是羊八井实验的参与者也是所有关心羊八井事业、想了解羊八井立足我国自然优势发展国际合作推动学科发展的经验的人们所感兴趣的事情。     

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。     

北半球最高的宇宙线观测站二期扩建竣工

 由中国科学院高能物理研究所、西藏大学、西南交通大学、云南大学和日本国东京大学宇宙线研究所、琦玉大学、宇都宫大学、甲南大学、神奈川大学、横滨国立大学、弘前大学和湘南工学院合作建造的西藏羊八井宇宙线观测站于1990年建成。在1993年9月召开的中日两国政府文化合作协定第七次会议上,双方同意将“中日西藏羊八井宇宙线合作研究”列为两国政府文化合作协定新项目。日本政府批准了该项目两亿日元合作经费的预算。     

北半球最高的宇宙线观测站——羊八井站

 由中科院高能所、西藏大学、西南交大、云南大学和日本国东京大学宇宙线所、宇都宫大学、甲南大学、神奈川大学、琦玉大学、横滨国大、弘前大学、湘南工学院合作建造的中日合作羊八井宇宙线观测站于1990年建成。并正式开始运行。     

近地雷暴电场与羊八井地面宇宙线关联的模拟研究

雷暴期间地面宇宙线强度变化的研究对理解大气电场加速宇宙线次级带电粒子的物理机理具有重要意义. 分析西藏羊八井ARGO实验中2012年大气电场的数据后发现, 近地雷暴电场的强度可达1000 V/cm甚至更高. 用Monte Carlo方法模拟研究了近地雷暴电场与羊八井地面宇宙线强度的关联. 当雷暴电场强度(取1500 V/cm)大于逃逸电场时, 宇宙线次级粒子中正、负电子的数目呈指数增长, 在大气深度约520 g/cm²处达到极大值, 与Gurevich等提出的相对论电子逃逸雪崩机理和Dwyer理论相符. 当雷暴电场强度小于逃逸电场时, 在所有负电场范围和大于600 V/cm的正电场范围, 总电子数目随电场强度的增大而增加; 当正电场小于400 V/cm时, 总电子数目均出现一定幅度的下降; 在电场为400–600 V/cm范围内, 总电子数目的变化与原初粒子的能量有关, 原初能量小于80 GeV时, 其次级粒子中总电子数目增加, 原初能量在80–120 GeV 范围内时, 总电子数目变化不明显, 原初能量大于120 GeV时, 总电子数目出现下降, 下降幅度约4%. 模拟结果可对羊八井ARGO实验的观测结果给予合理的解释.     

银河宇宙线的统计模型

假设能量低于3×10^l8eV的宇宙线主要起源于银河系超新星爆发,用各向同性弥散传播模型详细研究了铁核的非定态空间密度分布,考虑到原初宇宙线的成份和河外宇宙线的影响,以及银河系超新星在空间和时间上的一个合理分布,该统计模型能很好解释10¹²—10²⁰eV宇宙线的观测谱.     

Letter: Cosmic Rays and Large Extra Dimensions

We have proposed that the cosmic ray spectrum knee, the steepening of the cosmic ray spectrum at energy E 10^15.5 eV, is due to new physics, namely new interactions at TeV cm energies which produce particles undetected by the experimental apparatus. In this letter we examine specifically the possibility that this interaction is low scale gravity. We consider that the graviton propagates, besides the usual four dimensions, into an additional , compactified, large dimensions and we estimate the graviton production in pp collisions in the high energy approximation where graviton emission is factorized. We find that the cross section for graviton production rises as fast as ( /M _f)²⁺, where M _f is the fundamental scale of gravity in 4 + dimensions, and that the distribution of radiating a fraction y of the initial particle's energy into gravitational energy (which goes undetected) behaves as y ^{– 1}. The missing energy leads to an underestimate of the true energy and generates a break in the inferred cosmic ray spectrum (the knee). By fitting the cosmic ray spectrum data we deduce that the favorite values for the parameters of the theory are M _f 8 TeV and = 4.     

On Possible Sources of Heavy Neutral Particles in Cosmic Rays

We explore some possible mechanisms by which the heavy neutral cosmic particles are accelerated to gain sufficiently high kinetic energies and cause observable effects at detectors on the earth. Our results indicate that all the known sources which are based on the established theories and observations fail to give rise to very high energy with sizable flux intensity. If the heavy neutral particles of kinetic energies of GeV order indeed exist in cosmic rays, there must be certain mechanisms beyond our present knowledge of dark matter and universe evolution.     

宇宙线福布什下降期间羊八井云量的变化

进入地球大气中的宇宙线强度发生变化,可能导致气候,比如云量的变化. 利用羊八井中子监测器在2003—2004年观测到3次宇宙线福布什下降,在这期间同时记录了观测站点上空的云量变化. 通过对宇宙线福布什下降期间羊八井上空云量的统计分析发现,宇宙线福布什下降期间云量增加,即云量对宇宙线福布什下降表现出明显的负响应. 这表明,宇宙线福布什下降期间,低纬度薄云层地区云量增加,与其他观测结果相一致.     

监控漂移管宇宙线实验性能研究

利用宇宙线对ATLAS实验上的监控漂移管室进行了性能研究, 根据BEE室的测试标准及步骤简要的测量了漂移管的主要特性. 包括: 漏电流、噪声水平、漂移时间分布、电荷分布及探测效率. 测试结果表明都在ATLAS规范要求之内.     

MRPC宇宙线批量测试方法探讨

通过分析33个多气隙电阻板室(MRPC)的宇宙线测试结果, 得到了雪崩信号比例和 平均幅度与时间分辨的关系, 计算得出了MRPC的分辨时间随测试事例数的变化 趋势. 据此提出了~MRPC~的宇宙线批量测试方法.     

基于小波变换的1—10TeV宇宙线周期变化研究

利用小波变换, 结合折叠周期分析方法, 对羊八井宇宙线观测站Tibet AS γ阵列1998年4—6月的实验记录数据进行了周期分析, 发现 TeV和10 TeV宇宙线流强观测数据中包含0.5 和1 d周期变化, 其信噪比分别达到10和6. TeV宇宙线0.5 和1 d周期变化的最大变化幅度分别约为0.3%和0.5%, 10 TeV宇宙线约为0.4%和0.7%. We use the technique of wavelet analysis and epoch folding methods to search for the superimposed periodic signals of 1—10 TeV cosmic ray in the data obtained with Tibet Ⅱ/HD AS Array for April to June of 1998. Solar time semi diurnal and diurnal variations have been detected with about signal noise ratio 10 and 6 for the 1 TeV and 10 TeV cosmic ray flux respectively. The semi diurnal variations are of an amplitude 0.3%, a phase 0.9 for 1 TeV cosmic ray and 0.4%, 0.9 for 10 TeV. The diurnal variations are of amplitude 0.5%, 0.7%, and phase 0.8 for 1 TeV and 10 TeV cosmic ray respectively.     

小型宇宙射线探测仪的模拟和测量

介绍了一款小型宇宙射线探测仪。该仪器具有宇宙射线科普演示功能,主要用于实时测量μ子射线并显示计数,以及长时间尺度下（年）稳定地对不同角度的次级宇宙线通量进行监控记录。简要地展示了探测器的硬件构造和探测效率的模拟计算。探测仪单个探测器的探测效率为93.1%,两个探测器符合测量的探测效率为86.6%。根据探测器的计数率以及模拟计算的探测效率,估计了次级宇宙射线垂直地面方向的通量,为J=29±3 m-2 sr-1 s-1。另外,利用该宇宙射线探测仪,测量了兰州市区的次级宇宙射线的天顶角分布。其结果很好地满足I（θ）=IH+I₀ cosα θ经验公式,其中的角度依赖参数α=2.42±0.52。A small cosmic ray device is introduced in this paper.It has the demonstration function for popularization of science,and can be used mainly to display the μ counts in a real-time measurement,and to monitor the secondary cosmic ray flux at different angles in a very long time scale (years).We briefly show the hardware of the device and the detecting efficiency calculation by simulation.The detecting efficiency for one detector of the device is 93.1%,and the detecting efficiency is 86.6% for the coincidence measurement of two detectors.Based on the count rate by the detector and the simulated efficiency,the secondary cosmic ray flux perpendicular to the ground surface is measured,which is J=29±3 m-2sr-1 s-1.Moreover,with an application of the device,we measured the angular distribution of the secondary cosmic ray rate in Lanzhou City.The resulting angular distribution agrees well with the empirical formula as I(θ)=IH+I₀ cosα θ,in which the parameter for the angle-dependence is α=2.42±0.53.     

Non-Linear Quantum Mechanics and High Energy Cosmic Rays

We point out that the presence of energetic cosmic rays above the GZK cutoff may be explained by fundamental non-linearities in quantum mechanics at the Planck level.     

来自γ暴的甚高能γ射线

以膨胀火球模型解释来自γ暴的甚高能γ射线,其中考虑了高能γ射线产生效率,相对论效应以及宇宙背景辐射等因素,计算表明,大于10GeV的γ射线的喷射可能在火球膨胀开始后约10^－5s发生,其到达地面时的通量可达10^－4—10^－6cm^－2.