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西藏探测设备检测到最高能粒子

2019-06-28 09:37:00  来源:新浪科技

蟹状星云,此次发现的超高能级光子就来自于这里,这是一个超新星爆发的遗迹

蟹状星云,此次发现的超高能级光子就来自于这里,这是一个超新星爆发的遗迹

北京时间6月27日,物理学家探测到了迄今最高能量的光线,这个信号来自蟹状星云,这是一个距离地球大约6500光年之外的超新星爆发遗迹。

设在西藏的研究设施检测到了这股伽马射线束流轰击地球大气层产生的效应信号。此次检测到的信号能量高达100~450万亿电子伏特,其对应的粒子能量比欧洲大型强子对撞击中能量最高的粒子还要高出69倍。

此次发现是由设在西藏的羊八井国际宇宙线观测站内由中国和日本联合实施的ASγ实验做出的,其灵敏的检测手段捕捉到了来自蟹状星云的极端高能粒子。

通过搜寻和检测能量更高的光子事件,科学家们希望能够找出这些光子被加速的具体机制原理。。物理学家们感觉,这样的能量值必定存在某个上限值,而不会是无限上升的

通过搜寻和检测能量更高的光子事件,科学家们希望能够找出这些光子被加速的具体机制原理。。物理学家们感觉,这样的能量值必定存在某个上限值,而不会是无限上升的

中日ASγ实验包括大约600个粒子探测器,分布于6.5万平方米的范围内,可以检测高能光子轰击地球大气层时产生的次生粒子信号。此次检测到的单个光子能量基本都超过了100万亿电子伏特,而这一数值基本正是此前探测到粒子能量的最高记录。但是某些粒子的能量甚至达到了450万亿电子伏特。

为了让读者有一个相对直观的感觉,我们可以做一个对比:可见光的光子能量一般只有几个电子伏特,而大型强子对撞机——人类迄今建造的最为强大的粒子加速器,其最多能够将粒子能量抬升到大约6.5万亿电子伏特的水平。

蟹状星云距离地球大约6500光年,根据中国古代天文学家们的记载,这是一起发生在公元1054年的超新星爆发事件遗留下的遗迹。此次爆发事件为粒子加速成为极端高能粒子提供了适宜的环境条件。

首先,类似电子这样的带电粒子可以被超新星爆发过程中产生的冲击波和磁场效应加速。而当这些高能电子与蟹状星云中的低能的光子发生相互碰撞时,前者就会将能量转移给后者,从而让光子具备了高能量。随后这些光子高速穿越宇宙空间,其中的一部分碰巧抵达了地球,并被设在中国西藏的观测站捕捉到。

当这些高能光子在轰击地球大气层时,与大气层内的空气分子发生碰撞,随后会产生大量的次级粒子,主要包括电子和正电子,而这些粒子可以被设在地面上的探测器检测到。

但是科学家们面临的一大挑战就是如何去区分由于这类高能粒子轰击地球大气产生的次级粒子,以及那些由宇宙射线轰击地球大气产生的次级粒子,相比之下后者的发生频率要高得多。

于是为了做到这一点,专家们使用埋置地下的探测器来屏蔽任何会产生出μ子的事件,μ子是一种基本粒子,是电子的近亲,但质量更大。μ子是宇宙射线轰击的产物,而不是高能光子轰击的产物,可以作为两种事件的区分手段。

在尽可能将与μ子产生有关的事件排除之后,研究人员注意到仍然有24个轰击事件不能排除,这些事件发生于过去的3年时间里。这些事件当中可能存在着能量水平超过100万亿电子伏特的高能光子。甚至其中有些信号暗示,其中某些光子的能量超过了450万亿电子伏特,非常惊人。

研究人员警告称,这些事件中,有6次事件存在可能是由宇宙射线引发的“嫌疑”,之所以无法排除,是因为之前的μ子事件排除工作中仍然存在一定的不确定性和误差。

相关领域专家表示,这样的能量等级是此前人类从未企及过的。因此,对于研究高能伽马射线的物理学家们来说,这是一个令人兴奋的发现。

通过搜寻和检测能量更高的光子事件,科学家们希望能够找出这些光子被加速的具体机制原理。物理学家们感觉,这样的能量值必定存在某个上限值,而不会是无限上升的,而找出这样一个上限值,将帮助科学家们完善相关理论,并最终揭开其背后的谜团。(晨风)

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