高能宇宙线:人类,你真能抓到我吗?

出品:“科学与中国”院士专家巡讲团

制作:中国科普博览

监制:中国科学院部工作局中国科学院计算机网络信息中心

宇宙线是无所不在的,它实际上是一种来自宇宙的粒子,它们的能量非常高,在横跨约10个量级的情况下,它的流强变化到30多个量级,从而形成一个幂律谱。

太阳是距我们最近的宇宙线源,天文观测已经得到了激波存在的确切证据,但是,我们依旧没有找到宇宙线的起源,现在国际上形成了一个核心问题,即探究宇宙线的起源问题。宇宙线本身是带电的例子,它在磁场中打转,因此可以用一些中性的粒子追踪宇宙线的来源。

围绕这个核心的问题,我们也形成了几个前沿课题研究,而这些研究与大科学装置紧密相关。当试图做高能或者超高能中微子测量实验时,第一个大装置是IceCube,白宫对它投入了3亿美元,在南极冰层的2公里之下放下八十多串光电倍增管,形成了一个1立方公里的探测装置,但是它的灵敏度依旧欠佳。

极高能宇宙线的探测也是进入大装置标准的一个标志,结果我们发现宇宙线能量在最高能区会有一定的截断,这个截断与爱因斯坦的狭义相对论基本吻合,但是通过这个手段依旧没有找到宇宙线的起源。

最后,对于国际空间测量有两个实验,其中之一为CREAM,另一个为伽马天文,它发现了140多颗伽马源,伽马源的能量达到了100TeV,我们还需对它进行新的技术突破,在此基础上,下一代探测器应该提高灵敏度,应进行大范围多波段的联合观测,同时还应进行能谱的精确测量。

“科学与中国”院士专家巡讲活动是中国科学院学部发起,由中科院、中宣部、教育部、科技部、工程院、中国科协共同主办的高层次公益性科普活动。精彩内容关注“科学与中国”官方网站(cs.kepu.cn)。中国科学院学部工作局为网站委托单位,中国科普博览为网络传播合作伙伴,中国科学院计算机网络信息中心提供技术支持。