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.     

多信使的盛宴

<正>在过去几十年内,天文学家已经观测到了几千个耀变体。"耀变体发射高能宇宙线和高能中微子"的图景很漂亮,却一直未得到有力的证实。但这个局面在2018年9月发生了改变:"冰立方"探测到一个遥远的超高能的中微子,而伽玛射线卫星探测到同一方向来的伽玛射线辐射。这两个探测结果表明,"耀变体发射高能宇宙线和高能中微子"的图景很可能是正确的,因此这个结果也被视为多信使天文学的一大突破。     

自然信息

γ射线源是一类新天体吗? 由于探测上的困难,γ射线天文学的进展受到了限制。非太阳γ射线天文的成就是在本世纪七十年代以来才取得的。观测γ射线的“小型天文卫星-B”(SAS—B)和宇宙线观测卫星“宇宙号-B”(COS-B)已发现了一些γ射线源。     

太阳活动长期变化规律的初步探讨

对未来几年的太阳活动年平均水平(以黑子相对数年平均值表示)和未来几十年太阳活动的一般趋势进行长期预报,有着明显的实际意义。宇航研究部门往往需要太阳质子事件年平均水平的预报,而质子事件出现的频数与黑子相对数曲线有着大体平行的关系。对近地卫星寿命的估计,也需要太阳活动的长期预报资料。太阳活动长期预报对无线电通讯条件以     

探索太阳活动的奥秘

<正>2022年10月9日，“夸父一号”（先进天基太阳天文台，中国综合性太阳探测专用卫星）向太阳奔去。“夸父一号”重约859千克，运行于720千米高的晨昏太阳同步轨道上。在这样的轨道上运行，卫星可以长时间连续地对太阳进行观测，能最大限度地为科学载荷提供良好的观测环境。“夸父一号”的科学目标是“一磁两暴”，即太阳磁场、太阳耀斑和日冕物质抛射，它们是构成太阳活动的关键要素。那么，“一磁两暴”是怎么回事?太阳活动又隐藏着怎样的奥秘呢？     

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.     

地下宇宙线的观测和研究

一、地下宇宙线的特点近一、二十年来,虽然高能加速器有了很大的发展,但是,宇宙线的观测和研究仍然受到广泛的重视。在高能物理方面,加速器迄今达到的能量(10~(11)～10~(12)eV)仍远远低于宇宙线中已观测到的超高能粒子的能量(10~(20)～10~(21)eV);在空间物理和天体物理方面,宇宙线的研究则具有不可能为加速器所替代的特点。宇宙线的穿透能力和到达情况是多种多样的。例如:γ射线容易被大气强烈吸收,而中微子则能穿透     

超高能使者——宇宙线

宇宙线在未来的几年里将开始引人注目。到2012年,即宇宙线被发现100周年之际,新建成的超高能宇宙线天文台、高能γ射线和中微子天文台,将会一起来揭开宇宙线的神秘面纱,     

中能实验核物理概况

一、中能的范围所谓中能物理的范围,有人认为是从50MeV到1GeV;也有人认为是从100MeV到1GeV.这个范围多半是为了方便而任意定的。本文着重于讨论产生π介子(≥180MeV)到10GeV(或更高一些)这个质子能量范围.理由有两方面:从加速器技术看,介子工厂是个突破;从粒子探针看,产生π介子束后,可以有μ子束,能量更高一些还可以有K介子束、反质子束、超子束……,这也是个突破。     

“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     

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。     

ARGO-YBJ：丰富多彩的宇宙线观测*

经过5年的稳定运行,ARGO-YBJ实验积累了4 000多亿个宇宙线事例样本,利用这些宝贵的数据获得了许多重要的科学研究成果。笔者将总结ARGO-YBJ对宇宙线研究领域的贡献,包括宇宙线能谱、成分和各向异性等传统宇宙线课题,还包括许多相关的观测研究,如探索利用宇宙线监测太阳的活动,预报由太阳巨大耀斑引发的地磁暴,探索雷暴与高能宇宙线在大气中的级联反应之间的关联等。随着计划中更灵敏的新一代LHAASO实验的逐步实现,文中所介绍的所有研究都将得到显著的提高,可能在其中某些研究方向产生突破。     

中国天文学会1962年年会

中国天文学会1962年年会暨代表大会于8月20日至26日在北京举行。大会收到论文报告61篇,会上印发了45篇。在全体会议上,宣读了“七颗变光小行星的观测研究”和“利用气球卫星的轨道变异研究太阳活动的一些问题”两篇论文,受到了普遍的重视。前者是由张钰哲提出的。该文采用小行星光电测光资料研究     

是太阳系的元素丰度反常吗?

近两年来,通过“ISEE-3”卫星的实验观测,发现宇宙线中元素丰度与太阳系元素丰度有显著的不同,一些富中子同位素,如Ne~(22)、Mg~(25)、Mg~(26)、Si~(29)、Si~(30)、……等在宇宙线中的含量要比太阳系中的丰度高很多,例如Ne~(22)就高五倍多,这些超余的Ne~(22)和其它的富中子核是从哪里来的呢?奥里弗和施莱姆认为:太阳系诞生于OB星协,产生的元素丰度和银河系的化学元素丰度是不同的,宇宙线的同位     

自然信息

美国加州理工学院的科学家们在宇宙线中发现了现今理论难以解释的低能(1GeV以下)反质子。如果他们的结果是正确的,天文学家将不得不接受关于这种反质子的一种非常离奇的解释:它们可能来自     

20O3年重大天象预告

太阳活动 太阳活动是指太阳表层的各种活动变化的总称.太阳活动的强弱直接和间接影响到地球物理现象及人类活动,所以各国都十分重视对太阳的观测和研究.     

物理学中的世纪难题：高能宇宙线的起源之“谜”*

  自从20世纪20年代宇宙线被发现以来,其起源问题一直为人们所困惑。这一未解之谜也因此被列入21世纪11大科学难题之中。在宇宙线起源的探寻中,不受磁场偏转影响的中性成分（如光子和中微子）很自然的成为宇宙线源头的信使。此外,通过测量受磁场影响微小的高能（>50 EeV）带电粒子,也可以获取源的信息。通过大量的实验研究,γ天文学取得了巨大成就,并有望破解世纪之谜。为了提高地面探测器的观测能力,发展宽视场和高灵敏度的巡天扫描探测手段有着至关重要的意义。位于中国西藏羊八井国际观测站的两个实验所采用的正是这种大气簇射的测量方法,它们分别是中意合作ARGO实验和中日合作ASγ实验。为获得更高灵敏度,笔者提出了在西藏羊八井建立集5种探测手段于一身的的大型复合实验阵列(LHAASO)。本文对宇宙线观测的发展历程以及前景做了详细介绍,在后半部分对LHAASO的物理背景和实验方案进行了详尽的阐述。     

揭秘太阳大气,“探日勇士”在行动

<正>自伽利略用望远镜观测到太阳黑子以来,人类对太阳黑子和太阳活动的相关规律整整思考了400多年,但很多问题始终没有明确的答案。不过,太空时代来临后,太阳探测器把人类对太阳的研究带到一个开创性的新时代。     

2002年重大天象预告

太阳活动 太阳活动是指太阳表层的各种活动变化的总称。太阳活动的强弱直接和间接影响到地球物理现象及人类活动，所以各国都十分重视对太阳的观测和研究。 现在，表示太阳活动性强弱的一个常用指标是太阳黑子相对数（简称黑子数）。黑子数多时表明太阳活动强，黑子数少时表明太阳活动弱。依据实测，每天有一个黑子数，但它变化较大。通常用一年内每天的值取平均，得一个年均值。 从长期的黑子数年均值的分析，得知太阳活动有１１年左右的基本周期，此外还有２２年磁周期，８０－９０年的世纪周期。依据极光等资料，还发现太阳有４００多年…     

2009年7月22日日全食的日冕结构

日冕是太阳的外层大气,其高温等离子体外流而形成太阳风,又发射很强的紫外和X射线辐射,日冕活动严重地影响日地空间环境.日冕结构与太阳活动有密切联系.2009年7月22日发生21世纪最壮观的日全食,是观测研究日冕的良机,但由于全食带地区大多阴雨而受挫,幸好在个别天气好的地方可拍摄到高质量的日冕数码像.本文选取其中部分像,进行数字图像处理,结合SOHO卫星LASCOC2所观测的当天的外冕图像进行分析,揭示日冕的一些结构,得到日冕两极和赤道的亮度径向平滑分布.2009年是第24个太阳活动周期的开始年,虽然太阳活动水平仍较低,但比去年的极小期活跃得多,日冕结构有较明显的变化,不仅显示赤道区比两极区延展,即使东西赤道区和南北极区也有较大差别.赤道东侧的冕流,尤其赤道北的大冕流很显著,南极区比北极区的冕羽由更多的极射线组成.日冕赤道区和极区的亮度径向分布接近于去年的太阳活动极小,但赤道东西方向的亮度分布差别较去年小,南极与北极方向的差别也较小.这些日冕特征也显示在日冕等亮度图上.