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  宇宙线:宇宙高能“子弹”

  广袤宇宙中除了繁星,还隐藏一个秘密。无数粒子正以接近光的速度飞驰,它们就是宇宙线。

  1912年奥地利物理学家维克多·赫斯意外发现了宇宙线。这些产生于宇宙深处的高能“子弹”,把人类对物质世界的认识深入到粒子层面,并把无限小的微观世界与无限大的宇观世界联系起来。

  科学发现,在靠近地球的太空中,每分钟约有一个宇宙线粒子穿过一枚硬币大小的面积。宇宙线中90%是质子,其次是氦核,约占9%,剩下是其他各种元素的原子核、少量光子、电子、中微子以及反物质粒子等。

  宇宙线发现后的100多年来,与之相关的研究获得5次诺贝尔奖,但人类还不清楚高能宇宙线的主要来源。什么样的物理过程把这些粒子加速到如此高的能量?它们飞往地球的旅途中经历了什么?它们在宇宙演化各阶段起什么作用?

  世界各国纷纷投入资金与设备对其展开研究,中、美、俄、日、德等国家建有宇宙线观测站。

  高海拔宇宙线观测站(LHAASO):捕捉”天外来客“

  以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施,位于四川省稻城县海拔4410米的海子山,占地面积约1.36平方公里,是由5195个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器组成的一平方公里地面簇射粒子阵列(简称KM2A)、78000平方米水切伦科夫探测器、18台广角切伦科夫望远镜交错排布组成的复合阵列。LHAASO采用这四种探测技术,可以全方位、多变量地测量宇宙线。

雪中观测基地(2020.4.27摄)雪中观测基地(2020.4.27摄)

  高海拔宇宙线观测站的核心科学目标是:探索高能宇宙线起源以及相关的宇宙演化和高能天体活动,并寻找暗物质;广泛搜索宇宙中尤其是银河系内部的伽马射线源,精确测量它们从低于1TeV(1万亿电子伏,也叫“太电子伏”)到超过1 PeV(1000万亿电子伏,也叫“拍电子伏”)的宽广能量范围内的能谱;测量更高能量的弥散宇宙线的成分与能谱,揭示宇宙线加速和传播的规律,探索新物理前沿。