高山乳胶室超高能作用研究特征的分析

一、引言由于初级宇宙线强度随能量增加按负幂律迅速下降,收集超高能事例的探测器必须具有很大的接收因子。为了研究10~(15)—10~(17)eV的超高能强子作用,在西藏海拔5500m的甘巴拉山顶设置了灵敏面积为150m~2,一次实验的灵敏时间为一年的乳胶室。但是,超高能宇宙线粒子的强度太低,即便位置这么高,收集因子这么大的探测器,也难于记录到发生在乳胶室内的     

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.     

宇宙线粒子水声效应的探索

一、引言加速器实验已经证实,带电粒子束穿过固体和液体介质时,能产生可探测的声讯号。在液体介质中,对发声机制和声波性质,以及可探测的能量下限进行了许多实验研究。最近几年,宇宙线工作者对该项研究产生了极大的兴趣,DUMAND计划正探索在5千米深海海底建造质量为10~9—10~(11)吨的探测器。利用声学效应或者-效应探测超高能μ介子和中微子产生的级联簇射,进行超高能相互作用和中微子天文学的实验研究。毫无疑问,如能实现     

宇宙线粒子的时间相关

1973年宇宙γ射线暴的发现,引起人们猜想:对于宇宙线荷电粒子,是否也存在类似的高能爆发现象?近年来,已开始出现寻找宇宙线粒子暴的实验。例如,寻找关于γ暴起源的尘粒模型所预期的地面μ子暴,寻找超高能区(10~(13)～10~(14)eV)γ射线暴在空气中引起的次级粒子暴。这些实验都是研究在宇宙线粒子计数的泊松分布背景上是否存在异常的高计数事例,它们的结果都是否定的。这些实验都采用不加选择地测量粒子计数分布的办法,因而比较稀少的爆     

79Se的加速器质谱方法测定研究

加速器质谱方法广泛用于测定~(10)Be,~(14)C,~(26)Al,~(36)Cl,~(41)Ca和~(129)I等长寿命同位素,应用在地学、环境科学、考古学和生物医学等领域.近年来由于~(79)Se在生物医学和环境科学中的潜在应用,利用加速器质谱方法测定~(79)Se受到关注,而首先注意到的是~(79)Se半衰期的不确定,过去文献中发表的值范围为10~3～10~6a.Se是人体中的重要微量元素之一,当含量过高被看作有毒性,而过低时,又同一些疾病,例如我国东北地区的克山病和大骨病相联系.为研究Se在生物体中的动力学过程,生物化学和硒的化合物的新陈代谢,对利用~(79)Se作为同位素示踪剂十分感兴趣.此外,~(79)Se是核废物中的裂变产物之一,它对环境的影响也正在研究.加速器质谱法被建议用于测定~(79)Se,但由于同量异位素~(79)Br的干扰,测定~(79)Se有着相当大的困难.目前加速器质谱学的同量异位素鉴别除利用一些同位素,如~(14)N,~(26)Mg,~(36)Ar,~(129)Xe负离子的不稳定或不形成的特性外,主要是依靠能量损失率法,但这种方法要求粒子的能量足够高,对于原子序数z≤20,要求能量达到1～2MeV/每核子,而对于z>30,则要求达到2 MeV/每核子以上,即要求将粒子加速到150MeV,这对现有大多数加速器质谱计是达不到的.本工作为了测定~(79)Se的半衰期,首次利用加速     

两种可能的彗尾加速机制

早年,在Ⅰ型彗尾中就观测到有大的加速现象,其数值可达300 cm/s~2.近年对G-Z彗星进行直接测量,得其粒子的能量高达2×10~5eV,远高于彗星离子的初始能量(≤2×10~4eV),     

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.     

宇宙绳

现代的基本粒子理论认为在10~(15)～10~(15)GeV以上的能量,所有基本粒子的相互作用(除引力外)有相同的强度。这样的能量是远远超过粒子加速器的范围,而且能够检验这些概念的主要战场是大爆炸不久以后的早期宇宙。随着宇宙膨胀和从极高温度冷却下来,粒子相互作用间对称性出现了自发破缺,一般是分为几步,因此强力、弱力与电磁力变得不同。现代的基本粒子理论认为在10~(15)～10~(15)GeV以上的能量,所有基本粒子的相互作用(除引力外)有相同的强度。这样的能量是远远超过粒子加速器的范围,而且能够检验这些概念的主要战场是大爆炸不久以后的早期宇宙。随着宇宙膨胀和从极高温度冷却下来,粒子相互作用间对称性出现了自发破缺,一般是分为几步,因此强力、弱力与电磁力变得不同。     

甚高能宇宙线与太阳活动

近半个世纪以来,特别是1957年国际地球年以来,不同大气层深度宇宙线中子记录器和μ子记录器世界范围网络的建立,以及后来新技术的发展和应用(包括许多卫星在高空长期对宇宙线的观测等购对太阳活动的研究作出了重要贡献。虽然这些观测能区较低,譬如卫星高度观测能量为几个MeV至几百MeV,地面台站也只到GeV至几十GeV,但是它们可积累较多的数据,能较多地获得太阳活动机制和作用图画。     

宇宙线双泄漏箱模型的进一步探讨

近年来,人们已获得了大量较为精确的宇宙线核和电子的观测数据,这为宇宙线传播模型的研究提供了较好的实验数据。按照目前流行的宇宙线起源加速机制(如激波加速、费米加速等)都假定核和电子有相同形状的能谱,一般采用的源谱形式是q(E)=AE~(-(γ_0)),其中A是常数,E是能量,γ_0是源谱指数,如果用单泄漏箱模型处理观测到的核和电子成分,可有核的     

对宇宙反质子的研究

宇宙线中反质子的出现可解释为星系宇宙线同星际介质的相互核作用。据计算,当能量小于10亿电子伏时,反质子流就明显减少。前不久,美国研究人员A.巴芬顿,C.申德莱尔和K.宾尼帕盖尔利用装在高空探测气球上的仪器记录到低能反质子。反质子流与130兆～320兆电子伏能区质子的比为(2.2±0.6)×10~(-4),这一比值仅仅比高能反质子的比值小一点。可见,反质子的能谱与能级直至190兆电子伏的质子的能谱相同。如果认为,反质子的产生是由于高能宇宙线同星际气体相互作用的结果,那么在130兆～320兆电子伏能区所估料的反质子流至少应减少100倍。那么,反粒子来自何处呢?     

LHAASO在宇宙线物理中的里程碑意义

高海拔宇宙线观测站(Large High Altitude Air Shower Observatory, LHAASO)是110年来人类研究宇宙线最大的实验装置之一,核心的科学问题是寻找宇宙线的起源,不但要探测超高能(ultra-high energy, UHE)伽马射线源,还要精确测量地球附近带电宇宙线的成分和能量分布,系统地研究宇宙线的加速与传播.其首批科学发现就开创了UHE伽马天文学领域,展现出银河系丰富多彩的宇宙线加速源的候选天体,奠定了发现宇宙线起源的良好基础,指明了随后探索宇宙线加速机制、传播效应等精确研究的方向,同时也对现有的理论和模型提供了精确检验的机会与挑战. LHAASO的发现,对其后宇宙线、伽马天文、中微子天文等方面的未来实验研究提出了明确的要求.本文综述了我国大科学装置LHAASO及其科学发现意义,介绍了其在宇宙线研究中的历史作用,并对未来的发展做出了展望.     

用加速器质谱法研究低剂量抗蚜威的基因毒性

1990年以来,美国Lawrence Livermore国家实验室的许多研究报道显示,加速器质谱技术(AMS)在定量研究微量毒物与生物大分子加合方面具有广泛的应用前景.例如,他们首次成功地用加速器质谱技术,探测研究了致癌物2-氨基-3,8-二甲基咪唑-(4,5-f)喹喔啉(MeIQx)与DNA的共价结合.其探测灵敏度极高,可达每10~(11)～10~(12)核苷酸一个加合.近年来,AMS在生物医学领域的应用已引起人们的广泛关注.我们可以预言,近年内此类研究将迅速增加,特别是在环境剂量水平的药物和化学物质的基因毒性及危险性评估方面.     

宇宙高能过程的研究

宇宙空间中存在着大规模的高能过程,形象地说,即存在着巨大的“高能加速器,和“高能实验室,.高能天体物理学就是以宇宙天休上的高能现象和高能过程作为研究对象的.《宇宙高能过程的研究》一文,主要探讨了存在于目前宇宙中的高能过程,介绍了有关高能天体物理的实验观测以及星际介质和银河宇宙线的分布等方面的研究进展,其中包括作者的研究成果.     

自然界~(36)Cl核素的起源——~(36)Ar(n,p)~(36)Cl反应的研究

~(36)Ar(n,p)~(36)Cl反应对研究大气中~(36)Cl的起源有着重要的意义。自然界的~(36)Cl(半衰期=3.01×10~5a)作为一种地质年代计和长寿命核素示踪剂在天体化学和地球科学研究中有着广泛应用前景。~(36)Cl的起源是自然界~(36)Cl核素应用研究方面的一个基本问题。到目前为止,人们认为大气层的~(36)Cl来源于两种核反应:一为中子引起的~(36)Ar(n,p)~(36)Cl反应,一为宇宙线高能粒子引起的~(36)Ar散裂反应,前者反应的~(36)Cl产生率大约为后者的1/3(地球表面降沉     

宇宙线高能物理学进展

宇宙线的发现已有六十多年的历史了,在这段时间里,它对高能物理的研究起了很重要的作用。一、历史的贡献人们早就注意到宇宙线粒子的能量比天然放射性粒子的能量高得多,因而最初的高能物理实验都是在宇宙线中进行的.1932年,安德逊(Anderson)在宇宙线中发现了正电子,这可以说是基本粒子物理学的开端.这以后的宇宙线实验推动了量子辐射理论的建立,对电子辐射光子、光子转换为电子对和在能量足够高时形成的级联簇射现象进行了研究.在这些研究中,发现了一种辐射特性比电子弱得多而又不是质子的带电粒子,后来测出它的质量约为电子质量的200倍,即μ介子.最初人们以为这就是汤川所预言的传递核力的介子,但随后的实验表明μ介子与原子核的作用是很弱的,它不可能是传递核力的介子;1947年,     

什么是暗物质?

虽然暗物质的存在已经得到了大量的天文观测的支持,但暗物质的属性是什么仍然是个未解之谜.近期暗物质探测的实验和理论研究均取得了长足的进展.本文从暗物质问题的提出讲起,介绍了暗物质的基本特点和可能的粒子物理候选者,之后详细介绍了暗物质研究的最新进展.(1)暗物质研究的早期历史.从星系旋转曲线、引力透镜、微波背景辐射等方面介绍了暗物质的观测证据,特别是暗物质丰度起源的标准热退耦理论机制和典型的暗物质粒子候选者,如弱相互作用有质量粒子等.(2)暗物质粒子的实验探测的基本原理和手段,如地下直接探测和空间间接探测等.重点综述了近期实验研究的进展.在地下直接探测方面综述了10 Ge V以下轻质量暗物质的探测实验:Super CDMS(super cryogenic dark matter search),CDEX(China dark matter experiment)等,以及大质量暗物质探测中的液氩探测器Dark Side等.(3)暗物质未来的碰撞方向性探测实验,如DRIFT(directional recoil identification from tracks),MIMAC(MIcro-tpc MAtrix of Chambers)等.在空间间接探测方面介绍暗物质湮灭到宇宙线粒子中涉及到的宇宙线粒子产生和传播的基本理论.(4)已有的实验,如Fermi-LAT(Fermi large area telescope)和AMS(Alpha magnetic spectrometer)-02在高能宇宙线电子和核子方面已经取得的成果,特别是近期DAMPE(dark matter particle explorer)卫星实验的首个结果中看到的正负电子总流强中的新现象和疑似反常现象以及AMS-02的反质子结果对暗物质搜寻的影响.展望了未来在反核子,如反氘和反氦方面可能取得的结果及其对暗物质研究的重要性.     

冰海之下探测中微子

我们的宇宙所能展现出的核过程远比地球上粒子加速器所能达到的还要剧烈得多.大自然可以把基本粒子加速到能量超过1020电子伏特(eV)--相当于一个基本粒子携带了50焦耳的宏观能量,但我们还不清楚这些粒子(绝大部分是质子)的起源以及它们是如何被加速的.     

宇宙线研究进展

宇宙线物理是研究宇宙线的产生、在星际空间的加速、传播及其与物质相互作用的科学。它与高能物理、空间物理、天体物理和地球物理都有密切的联系。宇宙线的观测和研究是人们探索大自然的重要手段之一。重庆建筑工程学院物理研究室,是1978—1985年全国自然科学学科规划项目——地下宇宙线的观测和研究的负责单位。他们还参加了中日合作的、世界最高的高山乳胶室——西藏甘巴拉山乳胶室的研究工作。他们的科研成果和论文多次在国内外有关会议上发表,其成员也多次受到国际宇宙线会议的邀请。这里刊载的两篇文章,第一篇介绍了宇宙线研究的概况和进展——作者刘中和副教授是中国空间科学学会理事,高能物理学会宇宙线专业组成员。第二篇介绍了乳胶在宇宙线研究中的应用,这是当前国际宇宙线研究中比较活跃的课题。作者李光炬同志参加过甘巴拉山乳胶室的建室等研究工作。     

高能宇宙中微子的声探测

中微子在基本粒子家族中素有鬼魂粒子之称.它静止质量等于零,不带电荷,以光速运动,几乎不与任何物质发生相互作用.虽然它与质子、光子、电子并列为稳态粒子,但要直接探测它是不可能的. 1956年美国物理学家科温(L.Cowan)和雷恩(F.Reine)在新墨西哥州利用一台早年研制原子弹后废弃不用的反应堆作为反中微子源(中子衰变后产生,即n→p~ e~- (?)),估计每秒可产生10~(18)个(?)(反中微子),通过常年记录(?) p→n e~ , e~ e~-→rr反应中产生的光子辐射证实了确有(?)存在.自此以后,中微子探测,特别是太阳中微子和宇宙中微子探测便一直研究不断.近年来,随着高能天体物理研究的进展,人们并始酝酿打开中微子的天文观察窗口.因为,中微子不象光子,它不受磁场影响,也不会被散布在空间的宇宙尘埃及星光所散射,能穿透致密星体,因此,它可能带来远古宇宙纪元的信息,是理想的宇宙信使.(据估计,10~(14)eV光子一光子散射的结果,距离达10~7