粒子 重大發(fā)現(xiàn)！中國宇宙觀測站收到天鵝座萬年前來“信”→
位于四川稻城的高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）有了重大發(fā)現(xiàn)！
5月17日上午，“高海拔宇宙線觀測站發(fā)現(xiàn)首批‘拍電子伏加速器’和最高能量光子”聯(lián)合發(fā)布會(huì)在北京舉行。
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發(fā)布會(huì)現(xiàn)場圖片
位于甘孜州稻城縣海子山的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）”在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量超高能宇宙加速器，并記錄到最高1.4拍電子伏伽馬光子，這是人類觀測到的最高能量光子，改變了人類對銀河系的傳統(tǒng)認(rèn)知，開啟了“超高能伽馬天文學(xué)”的新時(shí)代。這些發(fā)現(xiàn)將于2021年5月19日發(fā)表在《Nature》（《自然》）。該研究工作由中國科學(xué)院高能物理研究所牽頭的LHAASO國際合作組完成。
在稻城海拔4410米的LHAASO宇宙線觀測站，1188個(gè)土堆按序整齊排列，這些土堆就是這次觀測1.4拍電子伏伽馬光子的功臣——繆子探測器。這也是世界上海拔最高、規(guī)模最大、靈敏程度最強(qiáng)的宇宙線觀測站。
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中國科學(xué)院高能物理研究所副研究員LHAASO電磁粒子探測器組員趙靜表示，鑒別高能的光子的主要設(shè)施就是這個(gè)繆子探測器。“它是一個(gè)掩埋在2.5米的土層下面的一個(gè)1.2米深的純凈水探測裝置。通過發(fā)現(xiàn)高能的光子，跟普通宇宙線的差異、繆子的數(shù)量的差異來發(fā)現(xiàn)，這個(gè)源出的原來是一個(gè)高能的光子，而不是成千上萬個(gè)宇宙線粒子。”趙靜說。
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而每個(gè)土堆下面都埋有44噸超純水作為介質(zhì)，基本可以達(dá)到免維護(hù)的作用。趙靜表示：“我們對它的要求是十年內(nèi)，它的信號下降要小于20%。這個(gè)要求是很高的，我們就需要保證水體的純凈度、透光率。所以我們就選用的是超純水，它是世界上純凈度最高的水。可以說這個(gè)水里面除了水分子，就沒有其他的了。”
據(jù)了解，目前在建的LHAASO（拉索）是第三代高山宇宙線實(shí)驗(yàn)室。高山實(shí)驗(yàn)是宇宙線觀測研究中能夠充分利用大氣作為探測介質(zhì)、在地面進(jìn)行觀測的手段，探測器規(guī)模可遠(yuǎn)大于大氣層外的天基探測器。對于超高能量的宇宙線，這是唯一的觀測手段。第一代和第二代分別位于云南和西藏，第三代則選擇了四川。
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WCDA探測器安裝負(fù)責(zé)人李會(huì)財(cái)表示，“選址四川有幾個(gè)因素，一個(gè)是四川稻城海子山這邊是高海拔，有利于原初宇宙線的探測。另一個(gè)是這里的交通比較便利，不僅緊臨省道227，距離亞丁機(jī)場也只有8公里，方便人員還有物資的往來。再有就是，這樣一個(gè)國家級的項(xiàng)目，國家投資就是9個(gè)億，地方配套了3個(gè)億，四川省政府，還有地方都給予了極大的支持。”
高海拔宇宙線觀測站尚在建設(shè)中，這次報(bào)道的成果是基于已經(jīng)建成的1/2規(guī)模探測裝置，在2020年內(nèi)11個(gè)月的觀測結(jié)果。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了能量超過拍電子伏的光子，來自天鵝座內(nèi)非常活躍的恒星形成區(qū)。還發(fā)現(xiàn)了12個(gè)穩(wěn)定伽馬射線源，能量一直延伸到1拍電子伏附近，這是位于LHAASO視場內(nèi)銀河系內(nèi)最明亮的一批伽馬射線源，測到的伽馬光子信號高于周圍背景7倍標(biāo)準(zhǔn)偏差以上，源的位置測量精度優(yōu)于0.3°。這次觀測積累的數(shù)據(jù)還很有限，但所有能被LHAASO觀測到的源，它們都具有0.1拍電子伏以上的伽馬輻射，也叫“超高能伽馬輻射”。這表明銀河系內(nèi)遍布拍電子伏加速器，而人類在地球上建造的最大加速器（歐洲核子研究中心的LHC）只能將粒子加速到0.01拍電子伏。銀河系內(nèi)的宇宙線加速器存在能量極限是個(gè)“常識”，過去預(yù)言的極限就在0.1拍電子伏附近，從而預(yù)言的伽馬射線能譜在0.1拍電子伏以上有“截?cái)唷爆F(xiàn)象。LHAASO的發(fā)現(xiàn)完全突破了這個(gè)“極限”，大多數(shù)源沒有截?cái)唷＿@些發(fā)現(xiàn)開啟了“超高能伽馬天文”觀測新時(shí)代，表明以天鵝座恒星形成區(qū)、蟹狀星云等為代表的非熱輻射天體，即年輕的大質(zhì)量星團(tuán)、超新星遺跡、脈沖星風(fēng)云等是銀河系超高能宇宙線起源的最佳候選天體，有助于破解宇宙線起源這個(gè)“世紀(jì)之謎”。科學(xué)家們也需要重新認(rèn)識銀河系高能粒子的產(chǎn)生、傳播機(jī)制，探索極端天體現(xiàn)象及其相關(guān)的物理過程并在極端條件下檢驗(yàn)基本物理規(guī)律。
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宇宙“集雨器”
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