张丙开教授简介

<正>张丙开,男,教授,1976年11月出生,安徽宿州人。2008年毕业于中国科学院高能物理研究所粒子物理与原子核物理专业,获博士学位。参与了国际著名极高能宇宙线实验(美国HiRes实验)的数据分析和物理分析工作,发展了一套新的重建宇宙线事例的方法,提高了宇宙线到达方向的重建精度,解决了探测器有效孔径因大气质量影响而估计不准的难题,测量了极高能宇宙线的能谱。这些工作得到HiRes实验合作组的广泛认可和好评。     

LHAASO-WCDA探测器时间刻度的研究

在高能物理宇宙线观测中,探测器时间标定系统的精度至关重要.对于LHAASO实验WCDA探测器,时间测量的精度决定了测量原初宇宙线方向的灵敏度.为达到0.2 ns的时间精度,给出了一种基于物理簇射事例的时间刻度方法,并实现刻度探测器阵列的离线刻度软件.使用蒙特卡洛模拟数据对该方法进行检验,方法能够满足时间刻度的要求.     

利用ARGO实验寻找GRBs的本底研究

位于西藏羊八井宇宙线观测站(海拔4300 m)的ARGO-YBJ实验具有高海拔、大视场、全覆盖特点,其阈能约几百个GeV,在探测高能GRBs方面具有独特的优势.ARGO-YBJ实验不能分辨光子和质子,要在大量的宇宙线事例中找出光子信号,就必须正确地估计背景事例率,这是寻找高能GRBs的关键.本文采用"等天顶角法"对ARGO实验中寻找GRBs的宇宙线本底进行了分析.由于地球的自转,天顶角随着时间的变化而变化.本文重点分析了长暴在其持续时间内天顶角的变化,从而更加准确地进行了本底估计.     

ARGO-YBJ伽玛质子区分新方法

伽玛天文是中意合作的ARGO-YBJ宇宙线实验的主要物理目标,其中,宇宙线质子背景的排除对于该目标的实现有非常重要的意义。基于蒙特卡罗模拟产生的伽玛光子和宇宙线质子数据,利用ARGO合作组开发的Medea++重建程序,分析不同的重建方法下伽玛和质子事例各种分布的区别,提出利用伽玛与质子在重建中不同物理特性进行分析的重建稳健度(Reconstruction Robustness)与噪声容忍度(Noise Tolerance)方法。通过分析模拟产生的分别投点在探测器中心与整个探测器上的伽玛和质子事例,显示了该方法的一些特点,表明该方法对于宇宙线质子背景具有较好的排除效果。     

重建EAS膝区事例初能的一种新方法

重建原初宇宙线粒子的能量是基于地面宇宙线观测实验的关键工作．这一工作体现了高海拔和全覆盖两大突出的地面实验特点,利用广延大气簇射（EAS）和蒙特卡罗模拟程序,以及设置在高海拔的地面全覆盖探测器阵列,记录膝区宇宙线粒子质子和铁核成分产生的次级粒子信息,给出了对事例初能的重建方法．     

2×4双层结构MRPC的宇宙线测试结果

研制了一种新的2×4双层结构多气隙电阻板室探测器(MRPC),宇宙线测试结果表明,2×4双层结构MRPC有较低的工作电压和较长的工作坪区,探测效率90%以上,时间分辨可以达到100ps.     

基于GAGG闪烁体探测器康普顿相机角分辨率误差来源分析

基于Geant4模拟平台搭建了一个由2层6×6位置灵敏的cerium-doped gadolinium aluminum gallium garnet (GAGG(Ce))闪烁体探测器阵列组成的康普顿相机;从理论上分析了探测器的几何因素、能量分辨率和材料多普勒效应对康普顿相机角分辨率的影响;散射角为5°~90°时,角分辨率<10°．模拟条件:采集了仅考虑几何因素、能量分辨率与多普勒效应,以及综合考虑这3种误差来源等情况的符合数据,并用滤波反投影算法进行图像重建．当2层探测器距离为6.0~16.0 cm时,几何因素是影响角分辨率的主要误差来源,能量分辨率次之,多普勒效应贡献最小．      

2&#215;4双层结构MRPC的宇宙线测试结果

研制了一种新的2&#215;4双层结构多气隙电阻板室探测器（MRPC）,宇宙线测试结果表明,2&#215;4双层结构MRPC有较低的工作电压和较长的工作坪区,探测效率90％以上,时间分辨可以达到100ps．     

利用宇宙线观测数据研究1～100TeV能区质子-空气非弹性作用截面

 提出一种在高海拔地区通过宇宙线大气簇射过程的数值模拟,结合地面探测器阵列对簇射事例的响应,确定了直达质子事例的判选标准和判选效率.通过分析直达质子事例率,测量了1～100 TeV能区质子-空气非弹性作用截面,并结合Glauber理论计算出1～100 TeV能区质子-质子作用总截面.     

高山乳胶室单根簇射事例的产生特征

为深入分析高山乳胶室实验记录的观测能量E_r(或E_h~((Y)))=3～20TeV的单根簇射事例,对初能范围为5×10~(12)～10~(15)eV的宇宙线质子在大气中的传播进行了Monte-Carlo模拟。探讨了形成该类事例的宇宙线粒子在大气传播中的历史特征,给出了单根簇射事例对应的初始能量分布、首次作用高度分布、平均作用次数和粒子成分比例等。这对于寻找从该类事例中挖掘出更多的有用信息的途径具有启发意义。     

简单重心法快速重建大EAS芯位

簇射芯位重建是基于地面的宇宙线观测实验的关键工作之一.利用广延大气簇射（EAS）和探测器蒙特卡洛模拟程序，模拟超高能原初宇宙线粒子质子和铁核成分产生的簇射前沿在探测器阵列的分布行为，根据模拟数据，分析了击中数最大探测器灵敏单元与簇射芯位的关系，以及重心法重建簇射芯位的精度，结合二者的特点，提出简单重心法重建簇射芯位，初步研究表明，该方法可快速重建EAS芯位，并使芯位重建精度提高到1 m.     

追踪宇宙“信使”冲击世纪谜题——高海拔宇宙线观测站简介

 宇宙线的研究具有悠久的历史,取得了许多划时代的发现性成果。但是人类对宇宙线的起源、加速和传播等问题仍存在诸多疑惑。大型高海拔空气簇射观测站（LHAASO）独具高海拔和大规模优势,计划利用多种探测手段开展联合观测,大幅提升对伽马和宇宙线粒子的鉴别能力。LHAASO有望获得史上最高的伽玛探测灵敏度,并在很宽的能量范围内精确测量宇宙线能谱,为宇宙线物理、高能天体物理、宇宙学和新物理学规律研究做出贡献。介绍了LHAASO的探测器结构、性能优势和科学目标。     

大科学装置与高能宇宙线起源的探索

大科学装置已经成为全球创新系统中具有支撑作用的框架结构,对中国作为一个国家和宇宙线物理作为一个研究领域来说也是一样的.在其一百年发展史中,传统的宇宙线研究并非完全以大科学装置为依托.20世纪80年代以后,为了探索宇宙中微子和极高能宇宙线粒子,那必不可少的巨大中微子灵敏体积和至少上千平方公里的极高能宇宙线探测面积才给这个古老的学科设定了新的标准,而随之提出的几个大科学装置相继建成并在近几十年的宇宙线研究的辉煌成就中占据了核心地位,尤其在甚高能伽马射线天文学.在过去的20年内,中国为发展巡天普查伽马射线源的广延空气簇射技术做出了巨大的努力,成功地运行了ASγ和ARGO-YBJ两个高海拔国际宇宙线实验.现在,我们提出独具特色的高海拔空气簇射测量装置LHAASO的建设计划,建设面积达一平方公里的复合探测器阵列,以多种探测手段的有机组合寻求发现高能宇宙线起源,挑战新世纪里未解之科学难题.凭借其30 TeV以上最高的探测灵敏度,LHAASO将成为整个宇宙线研究领域的支柱项目之一.     

Enhancements of energetic particles near the heliospheric termination shock

The spacecraft Voyager 1 is at a distance greater than 85 au from the Sun, in the vicinity of the termination shock that marks the abrupt slowing of the supersonic solar wind and the beginning of the extended and unexplored distant heliosphere. This shock is expected to accelerate 'anomalous cosmic rays', as well as to re-accelerate Galactic cosmic rays and low-energy particles from the inner Solar System. Here we report a significant increase in the numbers of energetic ions and electrons that persisted for seven months beginning in mid-2002. This increase differs from any previously observed in that there was a simultaneous increase in Galactic cosmic ray ions and electrons, anomalous cosmic rays and low-energy ions. The low-intensity level and spectral energy distribution of the anomalous cosmic rays, however, indicates that Voyager 1 still has not reached the termination shock. Rather, the observed increase is an expected precursor event. We argue that the radial anisotropy of the cosmic rays is expected to be small in the foreshock region, as is observed.     

高能宇宙线C,N和O的反常同位素的解释

近期观测和理论表明,宇宙线可源于类太阳恒星,且在星际空间中有净能量增益,由此,本文提出了在太阳域内用厚板模型,在星际介质中用泄漏箱模型描述的传播模型,可以解释实验观测到的高能宇宙线C、N和O的同位素反常。     

应用加权平均统计方法实现EAS阵列普天找源

实现快速普天搜寻点源是地面广延大气簇射(EAS)阵列优势的重要一环,将加权平均统计方法应用于EAS探测器阵列进行全天区搜索,以西藏羊八井ASγ阵列为例,通过对MC模拟数据的分析表明,该方法是合理的,快捷有效的.     

宇宙线与地球气候变化相关性研究进展

近百年来的地球气候变化已是不争的事实,导致气候变暖的主要原因很可能是大量排放温室气体的结果,但也有研究表明,地球气候变化与宇宙线也存在一定的相关性。文章综述了该领域的研究现状和重要结论,重点介绍了宇宙线影响气候的模型,对CERN的CLOUD实验和羊八井国际宇宙线观测站开展的工作进行了展望。     

用面阵CCD检测工件平面运动参数

在一些焊接过程中,需要测量作平面运动工件上点的位置、位移、速度和工件的角位移、角速度.对利用面阵CCD测量作平面运动工件运动参数的方法进行了研究.用面阵CCD获得了带有2个标记的工件运动信息的时变序列图像.采用阈值为一个范围的改进二值化方法,对采集的图形进行二值化处理.确定了在比较复杂背景中提取标记的代数运算方法和离散干扰点的判别准则.对提取出的2个标记进行分割,确定标记形心的坐标和工件的角位移,并通过数值方法计算出标记形心的速度和工件的角速度.实验结果与用其他传感器获得的结果比较吻合.     

Discovery of very-high-energy gamma-rays from the Galactic Centre ridge

The source of Galactic cosmic rays (with energies up to 10(15) eV) remains unclear, although it is widely believed that they originate in the shock waves of expanding supernova remnants. At present the best way to investigate their acceleration and propagation is by observing the gamma-rays produced when cosmic rays interact with interstellar gas. Here we report observations of an extended region of very-high-energy (> 10(11) eV) gamma-ray emission correlated spatially with a complex of giant molecular clouds in the central 200 parsecs of the Milky Way. The hardness of the gamma-ray spectrum and the conditions in those molecular clouds indicate that the cosmic rays giving rise to the gamma-rays are likely to be protons and nuclei rather than electrons. The energy associated with the cosmic rays could have come from a single supernova explosion around 10(4) years ago.     

西藏宇宙线实验的回顾与展望

文章简要回顾我国宇宙线物理研究的历史,重点介绍了在西藏开展宇宙线实验的发展历程及取得的重要成果,如中日合作甘巴拉山乳胶室实验、中日合作羊八井ASγ实验及中意合作羊八井AR-GO-YBJ实验,并对在西藏开展高海拔宇宙线实验的前景进行了展望。