米波射电观测研究银河宇宙线的分布和起源

100多年来,银河宇宙线的起源,传播,空间分布一直是宇宙线的研究重点之一,至今虽有巨大进展但仍远没有完全明白.近年来,射电,光学,X-ray和γ-ray的联合观测对我们了解银河宇宙线起到了重要的推动作用.它们已经给出的众多证据表明银河宇宙线很有可能主要起源于超新星遗迹的扩散激波加速.对高灵敏度Fermi银河弥散γ-ray数据的分析,使得我们对宇宙线在银河系内分布和组成的认识进一步加深.米波射电观测将有可能在银河宇宙线的空间分布和传播(通过电离氢区和行星状星云的吸收观测,高灵敏度高分辨率米波射电巡天),宇宙线的起源(超新星遗迹激波区域的观测,河外点源和脉冲星的闪烁,散射观测,Te Vγ-ray源在低能端的对应体的搜寻)方面起到重要的作用.     

LHAASO与宇宙线起源

宇宙线的能谱延展到超过10¹⁵电子伏特(PeV)的能段,这表明银河系中存在超高能的宇宙线加速源.而近期的甚高能伽马射线观测表明,长期以来被认为是主要宇宙线加速源的超新星遗迹很难把宇宙线加速到超高能.因此,寻找超高能(PeV)宇宙线加速源是宇宙线起源研究中的核心问题.其中一个最直接的方法就是寻找加速源附近宇宙线与星际气体相互作用产生的超高能伽马射线辐射.我国的高海拔宇宙线观测站(LHAASO),由于其在超高能伽马射线能段世界领先的灵敏度,成为这一研究的理想工具.LHAASO半阵列建成后一年之内,已经在银盘上观测到了十二个超高能伽马射线源,在这一领域取得了突破性的进展.本文将介绍这些已得到的观测结果,并对LHAASO全阵列建成后可能的新进展进行展望.     

河外极高能宇宙线的起源

由于大型宇宙线探测器Pierre Auger,Telescope Array等的观测,极高能宇宙线(能量大于1018 e V的宇宙线)的研究取得了很大进展,包括探测到高能能谱变陡,与河外天体源的可能相关性,以及化学成分组成等.然而这些宇宙线的起源天体仍未知.本文将评述河外极高能宇宙线起源的候选天体,包括伽玛射线暴,活动星系核,巨超新星等.同时我们从多信使角度(包括高能中微子,伽玛光子的观测),探讨这些天体是河外极高能宇宙线起源天体的可能性.     

银河系宇宙线传播模型探讨

宇宙线从源产生后传播到地球要和星际介质、磁场和辐射场等发生相互作用,它把天体物理源、星际空间环境等因素都联系起来,是获取天体物理信息的重要手段之一,因此探索宇宙线的传播模式是非常有意义的.     

银河系宇宙线相互作用的GALPROP模拟浅析

宇宙线从源产生后传播到地球要和星际介质、磁场和辐射场等发生相互作用,它把天体物理源、星际空间环境等因素都联系起来,是获取天体物理信息的重要手段之一。GALPROP是一个数值求解宇宙线传播的程序包,包含了宇宙线传播中的各种物理过程,它能在统一的模型框架下模拟宇宙线的相互作用,尽可能利用真实的天体物理信息,达到模拟银河系宇宙线相互作用的真实情况。     

宇宙线研究相关的伽马射线天文（英文）

宇宙线是星际介质中最重要的成分之一，然而其起源至今成谜。宇宙线在星际湍动磁场中的扩散在很大程度上抹去了宇宙线加速源的分布信息。而宇宙线扩散过程的能量相关性又改变了宇宙线的初始能谱。因此，伽马射线，作为宇宙线与星际介质中气体和光子相互作用产生的次级产物，能提供更多的关于宇宙线起源的信息。更具体的，与气体分布成协的弥散伽马射线可用来研究宇宙线的分布，而离散的伽马射线源能用来研究单独的宇宙线加速源。本文介绍了该领域的现状和未来前景。     

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。     

观测能量∑E_γ=16～100TeV的γ族事例分析

分析了由甘巴拉山乳胶室实验得到的∑Eγ=16～100TeVγ族事例的统计行为。给出了族的垂向流强、横向扩展及其他观测量。针对其初能平均地只比SppS能区高一个量级的特点,采用外推SppS实验结果建立的超高能核作用模型作了模拟计算。用计算结果解释了大多数统计特征并建议一种10~(14)～10~(16)eV能区根据刚度切割模型自然外推的初级宇宙线成分。对影响γ族横向扩展的因素作了讨论。     

LHAASO实验中宇宙线次级粒子特性的模拟研究

高海拔宇宙线观测站(LHAASO)位于四川稻城海子山,海拔约4400 m,该实验采用多种手段,对进入大气层的宇宙线粒子进行精确的复合测量.高海拔区域,雷暴天气频繁,广延大气簇射中宇宙线次级粒子的数目、方向和能量都会受到雷暴电场的影响.本文利用Monte Carlo方法,模拟了宇宙线原初粒子进入大气层后的广延大气簇射过程,研究了次级粒子中光子、电子、μ子的纵向分布、横向分布和能量分布.结果表明,在LHAASO探测面,电子的数目比μ子多2～3倍、μ子横向分布范围比电子宽广、μ子的能量比电子大.若在雷暴期间,大气电场对电子(质量小、数目多)的影响将会更加明显.本工作对研究雷暴电场加速宇宙线次级带电粒子的物理机制具有重要意义,同时为理解地面实验的观测现象提供有用信息.     

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．     

宇宙线日周期变化研究

到达地球的宇宙线强度可能存在着日周期变化,研究宇宙线恒星日和太阳日周期变化对解决宇宙线起源、传播以及调制等这些基本问题有重要意义.首先对仿真信号进行周期分析处理,给出利用周期折叠分析法要区分宇宙线中可能的太阳日和恒星日周期信号,需要至少7.6年的宇宙线数据.然后利用羊八井Tibet ASγ阵列1994—2003年间记录的宇宙线触发率数据,气象修正后,将小波变换与折叠周期分析方法相结合,对10TeV宇宙线太阳日和恒星日周期变化情况进行分析研究,发现了宇宙线中的1.0d(太阳日)周期,其信噪比为46.3,变化幅度约为0.48%,最大值处的相位约为0.82(19.7h),没有发现0.997d(恒星日)周期.     

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.     

羊八井宇宙线超高能粒子源与超高能伽玛天文现象观测研究的成果概揽

文章介绍了1992年至2003年期间羊八井宇宙线超高能粒子源与超高能伽玛天文现象的观测及其研究成果。经过十多年艰苦的观测研究,取得了阶段性重要研究成果。2003年8月,西藏自治区科技厅组织有关专家组对该项目进行了阶段性结题验收,并且对研究成果给予充分肯定。     

专家齐聚拉萨探讨基于羊八井平台的交叉学科研究

由中科院高能所主办,我校协办的″首届基于羊八井平台的交叉学科研究″研讨会,于7月10日至12日在拉萨举行。羊八井是高能宇宙线观测的最佳地点。经过我国科技人员长期的努力及与国际机构的合作,羊八井宇宙线观测站在科研方面已取得了一批重要成果。中国科学院副院长白春礼、西藏自治区副主席吴英杰出席在闭幕式上了讲话。白春礼在讲话中表示,今后,中科院将继续支持羊八井观测站的建设,把它建设成为国际宇宙线实验观测的重要基地,成为开展多学科基础研究和应用研究的联合研究平台。吴英杰在讲话中谈到,这次研讨会的召开,标志着宇宙线研究工作…     

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。     

超高能宇宙线质子在宇宙空间中的平均自由程

本文根据原子核物理学,粒子物理学和大爆炸宇宙论研究超高能宇宙线质子在宇宙空间中的平均自由程和宇宙线从产生处到达地球经历的平均温度.研究结果表明:仅当产生的宇宙线是单一能量时,在E=2.0×1020eV附近才会有宇宙线能谱的截断;但是,产生宇宙线的能量有一分布,因此,这个截断问题还值得研究.     

宇宙线研究所参与的中日合作羊八井宇宙线实验取得重大进展

我校宇宙线研究所（教育部重点实验室）参与的中日合作羊八井宇宙线实验取得重大进展，研究成果发表在今年最新一期世界权威杂志《科学》上，实验观测的前沿进展被审稿人誉为宇宙线研究领域中“里程碑”式的重要成就。     

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。     

中意合作西藏羊八井ARGO-YBJ实验成果概览

文章简要介绍了中意合作西藏羊八井ARGO-YBJ宇宙线观测实验的物理目标和探测原理,重点概述了ARGO-YBJ阵列自2007年稳定运行以来在宇宙线实验观测中取得的重要成果,如甚高能γ点源、大尺度各向异性、宇宙线月亮阴影效应和全粒子谱等。     

耀变体1ES 0229+200的GeV强伽玛射线辐射

利用次级伽玛射线辐射模型解释耀变体1ES 0229+200的GeV强伽玛射线辐射.在该模型中,源内初级光子和源外次级光子都对观测到的高能伽玛射线辐射有贡献.假定一个合适的电子能谱和星际磁场(IGMF),获得了耀变体1ES 0229+200的能谱.研究结果表明:GeV强伽玛射线辐射来源于正负电子对(e±)散射宇宙微波背景(CMB)光子产生的次级伽玛射线.