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宇宙射線研究

現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基石是相對論和量子力學(xué)。前者試圖描述支配浩瀚宇宙的力量，后者揭示微觀世界的無窮變化。對宇宙射線的研究是這兩個學(xué)科的結(jié)合--從遙遠(yuǎn)的天體到地球的高能粒子。邊肖在這里只是向每個人推廣宇宙射線的知識。

宇宙射線藝術(shù)地圖

奧地利物理學(xué)家維克多·赫斯于1912年發(fā)現(xiàn)了宇宙射線。從1911年到1912年，赫斯用氣球把電離室飛到離地面5公里的高度。他發(fā)現(xiàn)氣體的電離程度隨著海拔的升高而增大，最后得出結(jié)論:地球外的高能射線空不斷撞擊地球。后來密立根等人把這種穿透射線命名為宇宙射線。

奧地利科學(xué)家維克多·赫斯

人們通過研究宇宙射線發(fā)現(xiàn)了一系列重要成果:1932年，Anderson在宇宙射線中認(rèn)證并發(fā)現(xiàn)了狄拉克理論預(yù)言的正電子，然后科學(xué)家們逐漸在宇宙射線中的其他標(biāo)準(zhǔn)模型中發(fā)現(xiàn)了基本粒子，如子木?？梢哉f，宇宙射線為粒子物理的早期研究提供了很大的幫助。

無處不在的宇宙射線

宇宙射線本質(zhì)上是來自宇宙的高能微觀粒子空，主要由核子組成，包括約87%的質(zhì)子，12%的α粒子，少量的鋰、鈹、硼、碳、氮、氧等原子核，以及少量的重元素、電子、γ射線、中微子等原子核。

穿越星海與地球相遇

宇宙射線分為初級宇宙射線和次級宇宙射線。初級宇宙射線是指不與大氣相互作用的宇宙射線，次級宇宙射線主要是初級宇宙射線與大氣中的原子核相互作用產(chǎn)生的次級粒子。一般來說，除了中微子，幾乎所有到達(dá)地面的宇宙射線都是次級宇宙射線。二級粒子會進一步產(chǎn)生三級粒子，三級粒子會進一步散射。這種現(xiàn)象被稱為擴展大氣陣雨。所以宇宙線探測主要包括空探測和地面探測。其中空之間的探測主要依靠衛(wèi)星，地面探測主要利用地面探測器通過探測宇宙射線的次級粒子來重構(gòu)宇宙射線的原始方向和能量。

大范圍大氣陣雨

目前宇宙線研究領(lǐng)域主要存在兩個問題，即宇宙線的起源和加速。目前關(guān)于宇宙射線的起源有很多假說，比如超新星遺跡。

宇宙射線擴散到地球，帶電和不帶電的粒子會走不同的路線

在中國，許多大學(xué)和研究所都開展了對宇宙射線的研究。目前，四川大學(xué)高能物理研究所、西南交通大學(xué)、西藏大學(xué)都開設(shè)了相關(guān)的研究生方向。由高能物理研究所負(fù)責(zé)的西藏羊八井宇宙線探測器陣列，是世界上海拔最高、最具生命力和發(fā)展前景的最先進的宇宙線探測基地之一。這個平臺天氣好，交通方便，非常有利于研究的開展。升級后的新聯(lián)合實驗圍繞一個核心問題，即“探索宇宙射線的起源、加速和傳播”。此外，未來的研究還可以與空之間的衛(wèi)星合作，從而與空之間的實驗銜接，實現(xiàn)對地面宇宙線的高精度觀測。可以說宇宙射線的研究前景很大，需要更多的年輕人才加入其中！

宇宙射線探測器陣列，圖片來自高能研究所官網(wǎng)

作者:王

圖片:王|校對:葉君瑤

王安排

負(fù)責(zé)編輯:謝仁江

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