國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高海拔宇宙線(xiàn)觀測(cè)站（LHAASO）”在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量超高能宇宙加速器，并記錄到能量達(dá)1.4拍電子伏的伽馬光子（拍=千萬(wàn)億）。
這是人類(lèi)觀測(cè)到的最高能量光子，突破了人類(lèi)對(duì)銀河系粒子加速的傳統(tǒng)認(rèn)知，開(kāi)啟了 “超高能伽馬天文學(xué)”的時(shí)代。
5月17日，這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《Nature》（自然）。該研究工作由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所牽頭的高海拔宇宙線(xiàn)觀測(cè)站國(guó)際合作組完成。
高海拔宇宙線(xiàn)觀測(cè)站是以宇宙線(xiàn)觀測(cè)研究為核心的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，目前尚在建設(shè)中。
它位于四川省稻城縣海拔4410米的海子山，是由5195個(gè)電磁粒子探測(cè)器和1188個(gè)繆子探測(cè)器組成的一平方公里地面簇射粒子陣列（簡(jiǎn)稱(chēng)KM2A）、78000平方米水切倫科夫探測(cè)器、18臺(tái)廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡交錯(cuò)排布組成的復(fù)合陣列。采用這四種探測(cè)技術(shù)，它可以全方位、多變量地測(cè)量宇宙線(xiàn)。
這次報(bào)道的成果是基于已經(jīng)建成的1/2規(guī)模探測(cè)裝置，在2020年內(nèi) 11個(gè)月的觀測(cè)數(shù)據(jù)。
銀河系內(nèi)的宇宙線(xiàn)加速器存在能量極限是個(gè)“常識(shí)”，過(guò)去預(yù)言的極限就在拍電子伏附近，從而預(yù)言的伽馬射線(xiàn)能譜在0.1 拍電子伏附近會(huì)有“截?cái)唷爆F(xiàn)象。高海拔宇宙線(xiàn)觀測(cè)站的結(jié)果完全突破了這個(gè)“極限”。
平方公里探測(cè)陣列內(nèi)的1188個(gè)繆子探測(cè)器專(zhuān)門(mén)用于排除非光子信號(hào)，使之成為全球最靈敏的超高能伽馬射線(xiàn)探測(cè)器。借助這前所未有的靈敏度，目前只有1/2規(guī)模的KM2A，僅用了11個(gè)月就探測(cè)到并證認(rèn)了來(lái)自蟹狀星云的約1拍電子伏的伽馬光子。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，最高能量的光子來(lái)自天鵝座內(nèi)非?；钴S的恒星形成區(qū)，還發(fā)現(xiàn)了12個(gè)穩(wěn)定伽馬射線(xiàn)源，光子能量一直延伸到1 拍電子伏附近，這是位于高海拔宇宙線(xiàn)觀測(cè)站視場(chǎng)內(nèi)最明亮的一批銀河系伽馬射線(xiàn)源，測(cè)到的伽馬光子信號(hào)高于背景7倍標(biāo)準(zhǔn)偏差以上。
0.1拍電子伏以上的伽馬輻射，也叫“超高能伽馬輻射”。雖然這次使用的數(shù)據(jù)還很有限，但所有能被高海拔宇宙線(xiàn)觀測(cè)站觀測(cè)到的源，都具有超高能伽馬輻射。這表明，銀河系內(nèi)遍布拍電子伏加速器。而人類(lèi)在地球上建造的最大加速器——?dú)W洲核子研究中心的LHC只能將粒子加速到0.01拍電子伏。
這些發(fā)現(xiàn)開(kāi)啟了 “超高能伽馬天文”觀測(cè)時(shí)代，表明年輕的大質(zhì)量星團(tuán)、超新星遺跡、脈沖星風(fēng)云等是銀河系內(nèi)加速超高能宇宙線(xiàn)的最佳候選天體，有助于破解宇宙線(xiàn)起源這個(gè)“世紀(jì)之謎”。
揭示了銀河系內(nèi)普遍存在能夠?qū)⒘Ｗ幽芰考铀俪^(guò)1拍電子伏的宇宙加速器；能量超過(guò)1拍電子伏的伽馬射線(xiàn)光子首現(xiàn)天鵝座區(qū)域和蟹狀星云；開(kāi)啟“超高能伽馬天文學(xué)”時(shí)代——高海拔宇宙線(xiàn)觀測(cè)站的此次科學(xué)成果，在三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)了科學(xué)突破，在宇宙線(xiàn)起源的研究進(jìn)程中具有里程碑意義。
尚在建設(shè)中就出重大成果，高海拔宇宙線(xiàn)觀測(cè)站憑借的是哪些技術(shù)創(chuàng)新？
據(jù)有關(guān)專(zhuān)家介紹，高海拔宇宙線(xiàn)觀測(cè)站開(kāi)發(fā)了遠(yuǎn)距時(shí)鐘同步技術(shù)，確保整個(gè)陣列的每個(gè)探測(cè)器同步精度可達(dá)亞納秒水平；在高速前端信號(hào)數(shù)字化、高速數(shù)據(jù)傳輸、大型計(jì)算集群協(xié)助下滿(mǎn)足了多種觸發(fā)模式并行等尖端技術(shù)要求；首次大規(guī)模使用硅光電管、超大光敏面積微通道板光電倍增管等先進(jìn)探測(cè)技術(shù)，大大提高了伽馬射線(xiàn)測(cè)量的空間分辨率，達(dá)到了更低的探測(cè)閾能，使人類(lèi)在探索更深的宇宙、更高能量的射線(xiàn)等方面，都達(dá)到前所未有的水平。
高海拔宇宙線(xiàn)觀測(cè)站也為開(kāi)展大氣、環(huán)境、空間天氣等前沿交叉科學(xué)研究提供了重要實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并成為多邊國(guó)際合作共同開(kāi)展高水平研究的科學(xué)基地。
中國(guó)的宇宙線(xiàn)實(shí)驗(yàn)研究經(jīng)歷了三個(gè)階段，目前在建的高海拔宇宙線(xiàn)觀測(cè)站是第三代高山宇宙線(xiàn)實(shí)驗(yàn)室。其主體工程于2017年開(kāi)始建設(shè)，并邊建設(shè)邊運(yùn)行：2019年4月完成1/4的規(guī)模建設(shè)并投入科學(xué)運(yùn)行；2020年1月，完成1/2規(guī)模的建設(shè)并投入運(yùn)行，同年12月完成3/4規(guī)模并投入運(yùn)行。
今年年內(nèi)，高海拔宇宙線(xiàn)觀測(cè)站陣列將全部建成，成為國(guó)際領(lǐng)先的超高能伽馬探測(cè)裝置，投入長(zhǎng)期運(yùn)行，從多個(gè)方面展開(kāi)宇宙線(xiàn)起源的探索性研究。
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