宇宙線是來自宇宙空間的高能帶電粒子流的總稱，包括以質(zhì)子為主的各類元素的原子核，以及大約只有原子核總數(shù)的1％左右的少量高能電子。能夠到達(dá)地球附近的初級(jí)宇宙線能量跨度很大，不同的能量反映了不同的起源。太陽宇宙線的能量最低，大約以10 GeV作為起點(diǎn)，從100 GeV 到1017 eV 的宇宙線主要起源于銀河系內(nèi)，而能量高于1017 eV的宇宙線，主要來自于銀河系外的廣垠宇宙?！?/p>
自1911年亥斯（Hess）發(fā)現(xiàn)宇宙線以來，各國的科學(xué)家對(duì)宇宙線的研究已接近100年。
初級(jí)宇宙線粒子進(jìn)入地球大氣，與空氣中的物質(zhì)發(fā)生多次相互作用，會(huì)產(chǎn)生廣延空氣簇射，一個(gè)原初質(zhì)子會(huì)產(chǎn)生上百萬個(gè)電子和其他次級(jí)粒子，用高山和地面的探測(cè)器探測(cè)和研究這些次級(jí)粒子，形成了研究相互作用規(guī)律的宇宙線高能物理研究、以及研究初級(jí)宇宙線能量和方向分布從而推斷其起源的宇宙線天體物理研究。
近代的宇宙線物理的研究范圍擴(kuò)大到來自宇宙空間的中微子和高能伽馬射線，與粒子天體物理、高能天文觀測(cè)形成了難以分割的交叉學(xué)科分支?！?/p>
我所的宇宙線研究始于1951 年，是建國初期最早建立起來的物理學(xué)研究課題之一，至今已有50多年的歷史，大體上經(jīng)歷了三個(gè)階段，基本上可以代表我國宇宙線物理研究的發(fā)展進(jìn)程：
?。?）以大云室為代表的宇宙線超高能相互作用研究，以1972年云南站測(cè)到的一個(gè)可能的重質(zhì)量粒子為代表，獲得了1978 年全國科學(xué)大會(huì)重大成果獎(jiǎng)，1987年全國自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
?。?）以利用我國西藏的獨(dú)特地理優(yōu)勢(shì)建設(shè)的甘巴拉山高山乳膠室和羊八井廣延空氣簇射陣列（中日合作）等地面類實(shí)驗(yàn)裝置為代表的宇宙線物理研究，發(fā)表了一系列有科學(xué)價(jià)值的文章，獲多個(gè)院部級(jí)獎(jiǎng)，取得的重要成果曾發(fā)表在美國《科學(xué)》雜志2006年314卷上。
?。?）引進(jìn)了國外衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，開拓了高能天體物理研究的新方向，發(fā)展了高空氣球觀測(cè)手段和空間高能天文探測(cè)儀器，填補(bǔ)了空間高能天文觀測(cè)的空白，以神舟號(hào)飛船宇宙伽馬暴的成功觀測(cè)為代表，取得的成果獲得了國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)等多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。
前排左二為蕭健先生
于1951年成立的宇宙線組，后演變?yōu)橛钪婢€室，已故的著名科學(xué)家、核工業(yè)部部長(zhǎng)王淦昌院士，高能所所長(zhǎng)張文裕院士，從海外歸國的蕭健院士，曾先后擔(dān)任過組或室的領(lǐng)導(dǎo)。呂敏院士、于敏院士等許多核物理學(xué)家早年都參加過宇宙線研究，并始終支持這一事業(yè)。多年來，宇宙線室的研究工作始終受到例如何澤慧院士、何祚庥院士等許多物理學(xué)家的關(guān)心和支持。1997年被中國科學(xué)院正式接納為“宇宙線和高能天體物理” 院級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2002年更名為“粒子天體物理” 院級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室?！?/p>
實(shí)驗(yàn)室為院、所等多個(gè)部門培養(yǎng)輸送了干部，出現(xiàn)了李惕碚院士、顧逸東院士等新一代的學(xué)科帶頭人。幾十年來，一代代的宇宙線研究人員為我國的宇宙線研究的發(fā)展付出了努力，使我國的宇宙線研究有了長(zhǎng)足的進(jìn)步?！ ?/p>
經(jīng)歷了改革開放，科技創(chuàng)新的大好形勢(shì)的洗禮，近年來高能所的宇宙線研究正步入一個(gè)新階段，以空間X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡為代表的空間高能天文專用衛(wèi)星即將立項(xiàng)，必將為我國空間高能天文觀測(cè)和黑洞物理帶來豐碩成果。中意合作的羊八井-ARGO實(shí)驗(yàn)的建成和中日合作羊八井空氣簇射陣列的繼續(xù)和擴(kuò)建，亦將為我國的宇宙線物理研究寫下新的篇章。
高能所宇宙線研究早期代表性成果：
1、 1954年在海拔3200米云南落雪山建成宇宙線實(shí)驗(yàn)室。首先用一臺(tái)50cm x 50cm x 25cm多板云室和一臺(tái)安放在7000高斯磁場(chǎng)中的30cm x 30cm x 8cm云室，進(jìn)行電子簇射，奇異粒子和100GeV以上能區(qū)核作用研究。下圖左為云海之上的高山實(shí)驗(yàn)室，中為多板室得到的電磁簇射，右為磁云室得到的奇異粒子（K介子）。
2、 1957年我國參加在莫斯科杜布納成立聯(lián)合核子研究所，主要用10GeV質(zhì)子加速器（當(dāng)時(shí)能量世界第一）。王淦昌出任副所長(zhǎng)，王先生帶領(lǐng)我國和蘇聯(lián)等國學(xué)者研制一臺(tái)24升丙烷氣泡室，研究在泡室中的核作用，發(fā)現(xiàn)了反希格馬負(fù)超子。
1960年物理學(xué)報(bào)發(fā)表他們的事例分析，右圖示在O點(diǎn)產(chǎn)生核作用產(chǎn)生很多次級(jí)粒子，其中OA為反希格馬負(fù)超子，它在A點(diǎn)衰變?yōu)楹头粗凶?，又湮滅，B點(diǎn)呈現(xiàn)的湮滅星。反希格馬負(fù)超子的發(fā)現(xiàn)是聯(lián)合所僅有的有國際影響的物理工作。1982年獲得我國國家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（粒子物理學(xué)僅有的一項(xiàng)）。此外，還開展了將加速器粒子照射的乳膠疊和氣泡室照片在國內(nèi)分析的研究工作。
3、 1956年我國決定參加1957年國際地球物理年的科學(xué)觀測(cè)。在蕭健先生領(lǐng)導(dǎo)下研制μ子望遠(yuǎn)鏡和中子堆1957年7月 1日前安裝在北京白家疃和云南落雪山兩個(gè)站上，進(jìn)行宇宙線強(qiáng)度的長(zhǎng)期觀測(cè)。
1958年國家準(zhǔn)備發(fā)射衛(wèi)星，蕭健先生領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)小組研制衛(wèi)星上的宇宙線探測(cè)器。
4、 1958年建造大云室組，1965年調(diào)試基本完成，1971年開始研究工作。得到一個(gè)質(zhì)量大于12GeV可能的重粒子事例。
右圖為事例照片，其中左邊為全景，通過測(cè)量各條徑跡在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)測(cè)它的動(dòng)量；
右邊之照中心區(qū)域，可通過數(shù)個(gè)2條徑跡的水珠數(shù)測(cè)它的電離。
對(duì)事例中三條徑跡的測(cè)量分析表明，左邊一條為6.6GeV的，其余兩條徑跡動(dòng)量都高過最大可測(cè)動(dòng)（48GeV），而右邊一條電離低，僅約為左徑跡的三分之二，從而可判斷它的速度，結(jié)合其動(dòng)量值就能計(jì)算出它的質(zhì)量大于12GeV，它還有千分之2的幾率是質(zhì)子，是一個(gè)可能的重粒子事例。
用大云室還作了測(cè)量宇宙線中的反質(zhì)子流強(qiáng)，在水平方向?qū)ふ抑亓Ｗ拥妊芯抗ぷ鳌＿€用大磁場(chǎng)構(gòu)成磁譜儀測(cè)量高山μ子動(dòng)量譜。
