神秘的“宇宙信使”!宇宙线究竟是什么?

神秘的“宇宙信使”!宇宙线究竟是什么?
2021年12月01日 10:01 人民微看点

2021年5月17日,由中国科学院高能物理研究所牵头的中国高海拔宇宙线观测站(LHAASO)国际合作组在北京宣布,LHAASO首次在银河系内发现大量超高能宇宙加速器,为超高能宇宙线来源划定目标;同时,它记录到了能量达1.4拍电子伏的伽马光子(拍=千万亿),突破了大众对银河系粒子加速的传统认知,开启了“超高能伽马天文学”的时代。 究竟什么是宇宙线?我们又为何要研究宇宙线呢?

什么是宇宙线?

宇宙线是来自外太空高能粒子流的总称。它是一种人眼看不到的射线,是来自于外太空的具有很大能量的带电粒子流。它的能量比光子大的多,但是速度却和光速相接近。它们可以从各个方向闯入地球,在穿过地球大气层时与大气中的原子核发生相互碰撞产生电子、正电子、光子、介子、超子等基本粒子。在碰撞中它们也会损失很多能量,变成次级的宇宙线。最后到达地球的次级宇宙线一般是稳定的粒子,像质子、原子核、或者电子。其中有非常小的比例是稳定的反物质粒子,像正电子或反质子。

如何探测宇宙线?

宇宙射线是存在于宇宙空间的高能粒子,它的观测仪器本质上是高能粒子探测器。与加速器的粒子束相比,宇宙线具有高能量、能域宽(从几千电子伏到1020电子伏)、粒子成分复杂等特点。因此对它的探测面积要大,观测时间要长。为了避免不需要的粒子背景、区分不同类型的粒子和初、次级宇宙射线,宇宙射线的观测方式分成了高空、高山、海平面和地下观测几种。

高空探测主要是探测初级宇宙射线,观测它们的电荷、速度、能量以及它们与靶核作用的散射截面,这些高空探测器通常由飞机、气球、火箭、人造卫星等运载;超高能宇宙线能量每增加一个数量级宇宙线流强就降低两个数量级、其中强子成分在大气中发生多次作用,能量降低并逐渐被吸收。为了研究超高能强作用并采集足够多的事例,就需要在高山设置探测器,如中国云南高空站(海拔3200米)和大型云室磁谱仪、西藏甘巴拉山(海拔5500米)乳胶室;海平面观测主要针对能量在1014到1016电子伏特的次级宇宙射线(主要是质子和原子核);地下探测器主要研究超高能x子和中微子,宇宙线中的其他粒子都被地层吸收,只有x粒子能穿入地下,用x望远镜或描迹仪来记录粒子轨迹和作用图像。

宇宙线研究的重要性

对宇宙线的详细研究不仅可以为太空飞船的设计提供便利,也可为航行在星际空间的太空飞船上的太空人提供安全保障。此外,宇宙射线与我们的生活息息相关,宇宙射线的温度效应也是造成温室效应的原因之一,了解宇宙线的来源和探索宇宙线将会给我们的生产生活带来有利影响。

指导老师:中国传媒大学 经济与管理学院副教授 于晗

专家:北京工业大学 物理学研究员 王雯宇

财经自媒体联盟

新浪首页 语音播报 相关新闻 返回顶部