寻找暗物质的黑马

正中国已经是寻找宇宙中难以捉摸的无形粒子的强大参与者。2015年,中国将一个名为"悟空"的宇宙探测器送入地球轨道,用于跟踪和记录宇宙射线,即来自宇宙的高能粒子流。探测器在其工作的最早530天里,记录了超过28亿条宇宙射线。当科学家查看数据时,发现了一些异常:一些射线(至少有150万条)具有与其他射线不同的高能量。从曲线图中可见,这些射线     

暗物质粒子探测卫星研究进展

天文观测表明,宇宙中广泛存在暗物质,其丰度是普通物质的5倍,占宇宙总能量份额的约1/4.自20世纪30年代天文学家通过引力观测发现暗物质以来,经过近百年的探索,其物理本质至今仍然不为我们所知.另一个世纪谜题是高能宇宙射线的起源、加速和传播.暗物质的本质和宇宙射线的起源位列美国国家研究委员会(National Research Council)遴选出的21世纪11个宇宙物理学重大科学问题之列.探测暗物质粒子也是世界各国竞争异常激烈的科技热点.我国发射的暗物质粒子探测卫星,其主要的科学目标即通过精确观测高能宇宙射线电子和伽马射线来间接探测暗物质粒子.作为一个高能粒子探测器,暗物质粒子探测卫星观测数据也可用于宇宙射线物理和相关天体物理研究.基于暗物质粒子探测卫星的数据,我们得到了对宇宙射线电子和质子能谱的最为精确的测量,揭示了能谱上的新结构,为限制暗物质粒子属性和理解宇宙射线起源提供了重要数据.暗物质粒子探测卫星还探测到约250个伽马射线点源以及银河系弥散伽马射线辐射.本文综述了暗物质粒子探测卫星的设计、运行和数据分析进展.     

宇宙加速器

弥漫于整个银河的宇宙射线可归因于多种来源。而来自超新星残余的高能γ射线的发现终于为一种理论提供了具体的证据。     

太阳风——巨大的原子“加速器”

物理学家伦纳德博士在研究了飞过太阳系外圈的先驱者10和11号航天飞船发回来的数据以后,认为太阳风——一种从太阳中不断向外吹出来的、有时候速度超过每小时百万英里的炽热气体,是一只巨大的原子“加速器”。伦纳德说,这一发现可以解释迄今为止一直使人迷惑不解的两种达到地球的宇宙射线的来由。一种射线过去认为它的来源是太阳;另一种宇宙射线中的成份一直是令人迷惑不解的,这是一种能量极高的粒子,从四面八方射向地球。通常,这种高能粒子是宇宙空间中经过千百万年的碰撞因而失去了周围电子的原子核。     

宇宙射线与天体物理

宇宙射线的起源宇宙射线是存在于宇宙空间的高能粒子流。从星际空间进入地球大气的原初宇宙线荷电粒子主要是各种原子核,绝大部分是氢原子核——质子。宇宙线粒子流是各向同性的。银河系空间平均宇宙线粒子密度     

最新研究称：宇宙射线可能来自超新星残余

据美国国家地理网站最近报道，根据一支国际小组进行的一项新研究，恒星爆炸能够在太空中扮演超大功率粒子对撞机的角色，进而创造宇宙射线。宇宙射线实际上是指一直以来“轰击”地球的高能亚原子粒子。在这些轰击地球的微小粒子中，能量最大的相当于一个以时速每小时157千米飞行的棒球。     

自然信息

来自太空的新粒子天鹅座X-3是银河系中最著名的天体之一.它不仅发射X 射线和γ射线脉冲,而且还可能是一个宇宙加速器,它喷射出能到达地球的高能宇宙射线.现在两个地下实验又告诉我们,天鹅座X-3可能发射出地球上尚未知道的亚原子粒子.这两个实验的目的都是为了寻     

科学信息

Science《科学》Vol.247.No.4946,1990年1.直指 DNA片断聚合酶的连锁反应使得人们更容易获得遗传工程中的生物片断。转移或重组的分子生物学技术使得研究者可以直达DNA。2.地球沙漠化的生物反馈研究人员对新墨西哥州南部地区进行了生态改变过程的分析研究,他们发现在那儿的生物正反馈过程与土地沙漠化改变有关。这种情况不但发生于新墨西歌州,同样可见于世界上其它地区。研究人员认为,今后的沙漠化很可能因与地球温度变高而加剧,并且由此而导致地球上生物和化学环的巨大变化。3.伽马射线和中微子作为高能宇宙射线来源的线索在银河系可能会有典型的高能辐射的存在。如果是这样,地球上的人就能测检出来。这对天文学家是极具吸引力的。     

火星上的神秘亮光

正美国宇航局"好奇号"火星车所载导航相机于2014年4月3日拍摄的一幅火星表面照,显示出火星表面的一处神秘闪光。有人声称这可能表明外星人在火星地下使用人造光,还有人说这可能是火星人的汽车头灯。但科学家指出,这种光亮并非人造光。宇宙空间充满辐射,而火星的稀薄大气意味着高能粒子(被称为宇宙射线,来自于太阳或深空)不可     

宇宙射线的来源之谜

一个国际天文学家小组最近称,他们揭开了困扰科学家百年之久的一个谜:宇宙射线的来源。一个世纪前,科学家们首次发现了撞击地球的能量粒子。但在天体物理学中,这些能量粒子来自哪儿仍然是一个不解之谜。现在,天文学家们利用在非洲的4台望远镜首次得到一幅图片,图片显示宇宙射线     

“悟空”可能首次看见暗物质

<正>中国暗物质粒子探测卫星"悟空"首次直接测量到目前世界上最精确的高能电子宇宙线能谱。而其中的数据表明,宇宙空间中存在着"质量为1.4万亿电子伏左右的新物理粒子"。科学家推测,它可能就是人们长期以来寻找的暗物质!2015年12月17日"悟空号"成功发射,在轨运行的前530天共采集了约28亿颗高能宇宙射线,其中包含约150万颗25GeV     

阿根廷皮埃尔·奥格天文台前程未卜 美国利克天文台重获新生

<正>如果大自然足够眷顾我们,如果超高能宇宙射线周围有足够的质子,我们就有可能探寻到宇宙射线的起源。然而,愿景与现实总是有些脱节。比如,坐落在阿根廷西部、占地3000平方公里的皮埃尔·奥格天文台经过近十年的搜寻,尽管其规模庞大,但依旧"劳而无功"。期间尽管发现了数十束超高能宇宙射线,却未能解开     

太阳中微子之谜

在最近十三年里,莱·戴维斯和他在纽约的布鲁克汉文实验室的同事们,利用装有40万公升化学干洗溶液的容器来俘获太阳中微子。在这种溶液里,中微子与氯核经常相互作用,使氯核变成氩核,而氩核是可用化学方法分离的。为了预防宇宙射线中的高能微粒也发生类似的反应,该容器被置放在南达科它州的废金矿矿井里,使它由厚达几千米的坚硬的岩石层保护着。     

宇宙射线诞生于恒星爆炸

据一个国际研究团队报道,费尔米空间望远镜收集的数据充分证明了宇宙射线(高速高能量的粒子)来源于超新星.这些带电的颗粒,大多数是质子,持续地从外太空冲击着地球.超新星残留物(超新星爆炸后留下来的物质)是宇宙射线的根源,这是科学家们的共识,但这一共识难以得到证明,因为这些宇宙射线在来地球的途中发生了偏转.     

2000年7月14日与2003年10月28日太阳质子事件的观测比较分析

对2000年7月14日(巴士底事件)与2003年10月28日的太阳质子事件进行了对比分析, 尽管2003年10月28日太阳质子事件的峰值流量比巴士底事件的高, 但行星际观测到, 巴士底事件能量大于10和30 MeV质子的最大强度都高于2003年10月28日相应能量的最大强度. 进一步的研究表明, 巴士底事件CME驱动的激波在2000年7月14日12:00~17:00UT时间段内, 可被加速到能量大于10和30 MeV的种子粒子的数量远比2003年10月28日12:00~17:00UT期间的多. 巴士底事件CME的高度达到约14R_⊙高度时, 其驱动激波加速能量大于100 MeV高能质子的能力达到最大, 而2003年10月28日的CME在约58 R_⊙高度时其驱动激波加速100 MeV质子的能力达到最大, 此时能量大于100 MeV的通量在155 pfu左右, 比巴士底事件能量超过100 MeV高能质子的峰值通量355 pfu要低得多, 说明巴士底事件可被加速到100 MeV以上能量的种子粒子的数量比2003年10月28日的多. 太阳质子事件的峰值流量不仅取决于行星际太阳高能质子的强度, 还取决于CME驱动的行星际激波的速度和太阳风中可被加速的粒子数以及行星际的磁环境. 伴随2003年10月28日ICME在行星际形成的磁鞘捕获了大量的高能质子, 其中含能量超过100 MeV的高能质子.     

揭开宇宙之谜的七大最新理论

英国北约克雅郡的地下1100米深处,有一个眼下正是科学家们对宇宙膨胀之谜进行寻根究底解析的理想基地,即闻名遐迩的英国波比尔·特克马特地下研究所。这座研究所于去年建成,现已投入使用。矿山的最底部由于存在着顶层岩石能将不断强烈照射到地球表面上的高能放射线即宇宙射线遮断住的无与伦比的优点,故成为研究宇宙的理想场所。研究人员在这里可发现必要的粒子,从而进一步解开宇宙之谜。纵观全球,人类对宇宙的研究已取得惊人的进展。但在整个宇宙论的研究领域中,依然存在着悬念和难以解答的问题。近几年,人类终于确认了宇宙的宙龄为137亿年,…     

宇宙线起源中物理学前沿问题

宇宙线是由奥地利物理学家赫斯在1912年高空气球实验中发现的.此后,人们在宇宙线的研究中发现了众多的基本粒子及其相互作用规律,中微子振荡的最早发现也来自太阳中微子和大气中微子实验.迄今为止,人们所知道的最高能量的粒子也来自于宇宙线的观测.宇宙线的起源、加速和传播是一个世纪科学问题,从中诞生了高能伽玛天文学、高能中微子天文学和极高能宇宙线天文学.目前,人们已经发现了为数众多的电子加速源,但作为宇宙线成分中最为主要的核子,其起源问题依然没有解决.精确测量宇宙线核子的成分和能谱,观测和研究高能伽玛射线、高能中微子及极高能宇宙线的产生地点和相关机制,有助于解决宇宙线的起源问题.此外,这些研究也是间接探测暗物质粒子,研究宇宙演化和新物理学规律的重要手段.     

超高能宇宙线从何而来?

宇宙线是来自外太空的唯一物质样本,携带着粒子物理、高能天体物理、宇宙物质组成及其演化的丰富信息.已知的宇宙线粒子最高能量约为3×10~(20) eV."宇宙线是如何被加速的?""其起源天体是什么?""在这样的高能情况下,已知的物理学规律是否还能适用?"等这些都是有待解决的重大科学问题.为此人们通过多种实验手段在空间和地上开展宇宙线的多信使研究.在过去的几十年里,宇宙线、伽马射线和中微子观测取得了丰富的成果:(1)宇宙线能谱、成分和各向异性的测量精度达到了史无前例的水平,极高能宇宙线的偶极各向异性表明这些粒子来自银河系之外;(2)空间实验发现了3000多个GeV伽马源,地面实验发现了近200个TeV源,它们大多为高能电子源,有几个已被认证为强子源;(3)冰立方实验发现了近百个高能中微子,它们的各向同性分布暗示着河外起源.这些新结果为解决宇宙线的起源问题和发展相关的粒子加速理论奠定了基础.新一代更高灵敏度的实验装置的建设和运行正在开启宇宙线粒子天体物理研究的新篇章.     

宇宙射线与金字塔

玛雅人仰望银河系——划过夜空的一个模糊的带状区域，看见了“宇宙魔兽”——似乎在流动着的一条“双头蛇”。有时候，玛雅人会把这条“双头蛇”跟云、水和雨联系起来。而对现代天文学家来说，银河系是一个旋转的星云盘，其中包含着数十亿颗恒星，从褐矮星到红巨星，这些恒星被分为十几个类别。不过，银河系确实在下“雨”，一种由高能宇宙射线组成的、绵延不断的“雨”。物理学家和考古学家正在搜集这种“宇宙雨”，试图透过它来窥探玛雅和其他已经消失的文明。     

看不见的强大力量——磁场

<正>宇宙中存在一种强有力的隐形力量——磁场,它在塑造宇宙的过程中发挥了至关重要的作用,能够悄无声息地将天体维系在一起;它每时每刻都影响着我们,是地球生命的重要保障。神秘力量:磁场我们已经知道,磁场在地球上扮演了十分重要的角色。地球磁场最大的贡献是形成一道屏障,保护臭氧层免受宇宙中高能粒子的破坏,让我们的地球不会暴露在有害的紫外线之下。除此之外,地球磁场还把宇宙射线集中到地球的南北两个磁极。高速太阳风会以每秒数百千米的速度飞向地球,不断冲击着地球外围环境,当高能粒子流