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.     

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。     

天山射电实验探测极高能中微子和宇宙线

宇宙中微子正开启一个电磁波观测宇宙之外的全新窗口.然而,传统的中微子探测手段由于造价过高,导致探测器有效面积不足或观测时间有限等问题,不便于进行高能中微子(一般认为能量大于1015 eV为超高能,能量大于1018 eV为极高能)的观测.射电阵列,采用造价低、全天候观测的射电天线,可以建造大面积的观测阵列,达到极高能中微子天文学和极高能宇宙线探测所需的高灵敏度.在科技部国家重点基础研究发展计划项目"宇宙第一缕曙光探测"的资助下,原型阵列TREND(天山射电探测中微子探测器)在2011–2012年的运行过程中取得了重要的成果,仅依靠单极化接收天线阵列,首次证明了不依赖于传统粒子探测器的自触发射电探测方式可以对高能粒子大气簇射进行有效探测.我们计划建造一个巨型天线阵列GRAND,这将是世界上1017 eV以上最灵敏的高能中微子望远镜,可以对高能中微子进行有效的观测.     

我校召开《空气簇射的时间结构及其对超高能宇宙线探测的应用》科研课题论证会

空气簇射的时间结构及其对超高能宇宙线探测的应用是宇宙线研究的一个新领域。1983年国外有人提出利用时间结构探测超高能宇宙线。这一方案具有使用小阵列能起到大阵列的探测效果。它的研究成功将开辟高能宇宙线探测的新局面,引起各国宇宙线工作者的极大关     

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.     

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.     

2021年天文学热点回眸

回顾了2021年天文学领域取得的重大进展,盘点了一系列重大的成果和事件:在火星探测方面,多国探测器相继抵达火星并开展科学研究,"洞察号"首次揭秘火星内部构造;中国高海拔宇宙线观测站(LHAASO)观测到1.4 PeV能量的光子;"悟空号"取得氦核70 GeV至80 TeV能段的精确能谱;冰立方中微子天文台(IceCub...     

伽马射线暴

正伽马射线暴(简称伽马暴)是起源于大质量恒星坍缩(长伽马暴)或者致密双星并合(短伽马暴)等短时标极端剧烈的高能灾变天体,是宇宙大爆炸之后最猛烈的爆发现象,也是宇宙宏观速度最快的天体。伽马暴本身辐射及其余辉辐射来自新生黑洞或者磁星所驱动的极端相对论喷流,并且理论上预期其还伴随强引力波、高能中微子和高能宇宙线辐射。因此,伽马暴是研究黑洞     

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.     

西藏羊八井中日合作ASγ实验进展与前景展望

文章简要介绍了西藏羊八井中日合作Asγ实验及发展历史,重点概述了该实验自1990年稳定运行以来取得的重要成果,对正在进行的实验升级计划进行了较为详细的介绍,展望了升级后的实验在宇宙线和甚高能γ天文领域中的前景。     

“悟空”玉宇探测暗物质——暗物质粒子探测卫星简介

 暗物质是当今科学研究的前沿热点研究领域。暗物质探测可以分为直接探测、间接探测和对撞机探测3类。其中间接探测是在宇宙线中寻找暗物质湮灭或者衰变产生的信号。2015年12月27号中国发射了第1颗用于暗物质粒子探测的空间科学卫星(DAMPE),它具有能量分辨率高、测量能量范围大和本底抑制能力强等优势,将中国的暗物质探测提升至新的水平。本文介绍暗物质粒子探测卫星的结构、性能优势和科学目标。     

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。     

The knee at cosmic ray spectra is explained due to interactions at the sources

In the paper the authors from the Key Laboratory of Particle Astrophysics, Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences in Beijing proposed a new model trying to explain the knee at cosmic ray spectra. The knee kept as a puzzle in cosmic ray physics for nearly half a century. The work was inspired by the recent observation of anomalous excess of electrons and positrons in cosmic rays. The work tries to explain the knee and the electron/positron excess in a single model.......     

中微子静止质量测量新方法及讨论

选用母核和子核的自旋都不为零的原子核放置在超低温并外加强磁场条件下来实现原子核极化，由测量沿外磁场方向时光子的计数和沿外磁场相反方向时光子的计数来确定中微子的螺旋值，进而确定中微子是否有静止质量．在现有的实验条件和不考虑其它误差的情况下，中微子的静止质量不等于零．     

超高能宇宙线事例到达方向的重建

简单介绍了HiRes(High Resolution Fly's Eye)高能宇宙线实验。根据探测器的特点,发展了一套新的宇宙线事例到达方向的重建方法,即HiRes2时间-HiRes1中心矢量法。该方法利用了HiRes2的时间信息以及HiRes1的中心矢量,使得探测器的角分辨整体上达到0.43°。文中还研究了探测器的角分辨随着能量的变化关系,对于能量大于1018.4eV的事例,探测器的分辨率好于0.4°。     

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。     

宇宙射线的地质作用

从宏观与微观两个角度分析了宇宙射线的地质作用，认为宇宙射线能量是地质作用一个不可忽视的因素