• <code id="yrscg"><ol id="yrscg"></ol></code>
    <output id="yrscg"></output>
  • <var id="yrscg"><rt id="yrscg"><small id="yrscg"></small></rt></var>
         
     
      您現在的位置:首頁 > 新聞動態 > 傳媒掃描 > 2008年
     
    極高能宇宙射線究竟來自何處——“《科學》雜志2007年科學研究十大突破”系列報道之三
    2008-01-17|文章來源: |【
     

      記者 朱芙蓉 

      原文鏈接:http://www.stdaily.com/gb/stdaily/2008-01/17/content_766221.htm 

      2007年12月20日,美國科學促進協會宣布,其屬下的美國《科學》雜志公布了2007年度科學研究十大突破,人類基因組個體間差異的發現位居榜首,用人類皮膚細胞仿制出胚胎干細胞,發現銀河系能量最大的宇宙射線,發現人體蛋白受體結構,發現人類大腦的重要記憶中心等都被列入其中。 

      《共享科學》欄目將從中選取普通百姓比較關心的研究成果給予深度解讀,敬請關注。 

      極高能宇宙射線的起源一直是宇宙學最大的謎團之一,這些攜帶1018—1020電子伏的高能粒子比原子還小,但卻具有如同高爾夫球撞入草地時的能量。 

      俄歇天文臺的科學家們根據16個月所收集到的數據,于2007年11月9日在美國《科學》雜志上發表了一份報告,指出宇宙射線的起源有可能與周圍的劇烈物質活動有關。此結果一出,立即引起了極大轟動,并于2007年底被《科學》評為年度十大突破。宇宙線物理這一歷史悠久的高能物理研究領域在沉寂了半個多世紀后首次成為科學界備受關注的焦點。 

      那么,關于極高能宇宙射線的研究究竟是如何展開的?為何會出現研究爭論?這個研究到底有何深遠意義?記者采訪了國內長期從事極高能宇宙射線來源研究的專家,中國科學院高能物理研究所曹臻研究員。 

      ———巨大發現———射線可能源自遙遠黑洞 

      南半球的俄歇實驗,從2006年5月至2007年9月收集到的13個能量高于56×1018電子伏的宇宙射線事例中發現,有8個事例與距離小于2.5億光年的活動星系核位置在3.1度的范圍內相吻合,而且呈現出不均勻的線狀分布。 

      根據這一結果,俄歇的科學家推斷出極高能宇宙線可能源自于遙遠的星系,特別是位于這些星系中心劇烈活動的天體,通常是質量巨大的黑洞。 

      結論具有劃時代意義 

      千百萬年來,極高能宇宙射線不停地從宇宙深處“光顧”地球,在穿過地球大氣層時與大氣中的氧、氮等原子核發生碰撞,并產生出超高能次級粒子,這些次級粒子有足夠的能量再次撞擊,形成更加微小的下一代粒子,如此繼續下去,形成了龐大的粒子流降落地球之上。然而在地球上每平方公里100年才能等到1粒極高能宇宙射線粒子!在過去的50年間,科學家利用各種探測手段僅探測到少數能量高達1020電子伏的高能粒子,這使極高能宇宙射線起源的研究更加困難。 

      這個結果如果被證實,將具有劃時代的意義!它將解開宇宙射線起源之謎,開啟“宇宙線粒子天文學”窗口,為探索與星系核內部劇烈活動相伴隨的高能物理過程提供有效的手段和方法。此外,人類將有可能研究粒子被加速到如此之高能量的“宇宙加速器”的天體物理機制和原理,將對未來宇宙射線天體物理,乃至高能物理和加速器物理研究產生深遠的影響。 

      ———業界質疑———同樣方法得不到同樣結論 

      但是這一結果剛一出來,曾經為北半球的HiRes(高分辨率“蠅眼”)實驗工作的科學家們,立即利用HiRes收集到的數據,采用與俄歇相同的數據分析方法進行驗證,卻沒有得出同樣的結論。在俄歇發表結論后的第10天,HiRes的科學家將他們的質疑發表在英國《自然》雜志的新聞欄目里面,使得極高能宇宙射線的來源又陷入了懸而未決之中。 

      在俄歇實驗運行之前,世界上最大的極高能宇宙線觀測實驗是位于北半球的HiRes實驗,它擁有北天區最大曝光量的實驗觀測數據。這個實驗在2006年4月完成數據收集工作后停止運行。曹臻在HiRes實驗組工作了近10年,如今帶領中科院高能物理研究所HiRes國際合作研究小組正在對HiRes立體觀測實驗數據進行全面的物理分析。 

      “得知俄歇實驗的結論后,我們小組及時地開展了相關的關聯分析,并與美國猶他州大學和新澤西州州立大學的研究小組獨立分析了HiRes數據,共同確定了對俄歇實驗結果的回應。”曹臻說,“最終我們發現,HiRes實驗所觀測到的13個事例中,僅兩例與活動星系核的位置相吻合。” 

      ———國內進展———我國投入還非常少 

      “極高能宇宙線研究在中國剛剛起步,迄今為止我國在極高能宇宙線研究的實驗研究投入還非常少,與國際上巨大規模實驗研究相比,還有相當大的差距。極高能宇宙線研究發展至今天的水平,惟有開展大規模的國際合作才可能,例如俄歇實驗就整合了33個國家的共同資源開展的。”曹臻說。 

      具備了一定的研究基礎 

      我們也開展了多年的預備性研究,完成了可行性分析。在實驗手段上,我們已經獨立研制成功了兩臺熒光望遠鏡,實現了西藏羊八井與現有宇宙線探測裝置的聯合觀測試運行。在探測器標定、事例重建、物理分析等方面已經具有明顯的優勢,美日聯合的TA實驗已經多次發出邀請希望中國加入。 

      我國還能夠獨立完成物理課題豐富的所謂“第二膝”能區的觀測研究,探索與宇宙射線從銀河系內的起源向銀河系外的起源轉換相關的現象,實現跨越三個能量量級的極高能宇宙線完整、一致的觀測研究,徹底地解決與極高能宇宙線相關的各種未解的重大問題。 

      ■專家連線 

      記者:目前,俄歇天文臺的結論只是建立在觀測了13個事例的基礎上,下一步將如何完善這個實驗? 

      曹臻(中國科學院高能物理研究所研究員):客觀上,十幾個事例的觀測結果的確存在很大的偶然性,進一步觀測積累更大的統計量是徹底解開宇宙線起源之謎的唯一途徑。俄歇實驗目前已經基本完成了探測器的全部投放和安裝調試,更大規模的觀測數據收集正在進行。假如經過3到4年的觀測,事例增加到50例還能夠得到類似的觀測結果,那將是了不得的發現,將完全確定這一結論的可靠性,徹底解開潛藏了80多年的謎團。 

      記者:HiRes實驗2006年終止以后,目前除了俄歇天文臺繼續進行極高能宇宙射線的研究以外,世界上還有類似的實驗嗎? 

      曹臻:現在世界上在運行的最高能量宇宙射線實驗只有兩個。俄歇實驗在南半球,監測的是南半球的天空。而HiRes實驗已經與日本的原AGASA實驗組合作,在北半球的美國猶他州初步建成了面積約為俄歇天文臺規模1/3的“望遠鏡陣列(TA)”實驗。今年年初正式投入觀測運行,成為與俄歇實驗互補的宇宙線實驗大裝置。兩個實驗同時運行可以相互驗證觀測結果。 

      記者:目前極高能宇宙射線的觀測手段有哪些?各有什么優缺點? 

      曹臻:第一種是俄歇實驗主要采用的地面陣列,即采用放在地面的大面積排列的探測器來收集粒子。雖然各種實驗采用的地面探測器原理不用,有的用光信號、有的用電信號,但都是為了檢測粒子到達的時間和數目信息,并以之確定原初極高能宇宙線粒子的到達方向和能量,分析它們的成分。它的優勢是不太受氣候等條件影響,不怕光、不怕人多的環境,可以24小時工作,長時間穩定運行。弱點是,地面陣列相當于在一個平面上等待粒子打上來,才能記錄到,并不能觀測到從一個粒子發展到109個粒子的過程。 

      第二種就是HiRes實驗采用的熒光探測器。因為高能粒子穿過氮分子時會激發氮分子至較高的能態,回落時會發出微弱的光。在沒有月亮的晴朗夜晚,利用“蠅眼”裝置,通過每個孔徑約為5平方米的望遠鏡可以收集到這種微弱的光。它的優勢在于可以記錄到粒子數目從小到大到衰減的縱向發展過程,信息量大,總能量的測量更加準確。但是,這種實驗怕光,白天和有月光的晚上都沒有辦法做,全年只有1/10的時間可以用于探測。這也是為什么俄歇實驗僅用了2年時間就收集到HiRes實驗7年收集到的數據量的原因。 

      記者:除了極高能宇宙射線的研究外,是否還有其他研究可以推斷出宇宙射線的起源? 

      曹臻:除了極高能宇宙線粒子天文學以外,有初步證據表明,能量低7個量級的伽馬天文學契倫科夫望遠鏡實驗和能量低4個量級的超高能中微子望遠鏡實驗都有可能在宇宙線起源問題的解決上取得重大突破。 

      (科技日報,2008年1月17日,第六版)


     
    中國科學院高能物理研究所    備案序號:京ICP備05002790-1號    文保網安備案號:110402500050
    地址:北京市918信箱    郵編:100049    電話:86-10-88235008    Email:ihep@ihep.ac.cn
    看黄a大片