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“悟空”號發(fā)現(xiàn)宇宙線硼/碳比能譜新結(jié)構(gòu) 經(jīng)典宇宙線傳播理論或?qū)⑿薷?/div>
2022年10月17日 16:27:38 來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點擊量：4496

暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”號國際合作組利用衛(wèi)星前六年觀測數(shù)據(jù)分析得到10GeV/n到5.6TeV/n能段宇宙線硼/碳比和硼/氧比的精確測量結(jié)果，并發(fā)現(xiàn)能譜新結(jié)構(gòu)。

　　【化工儀器網(wǎng) 項目成果】宇宙線亦稱為宇宙射線，是來自外太空的帶電高能次原子粒子，包括各種原子核、電子、高能伽馬射線和中微子等。大約89%的宇宙線是單純的質(zhì)子，10%是氦原子核(即α粒子)，還有1%是重元素。經(jīng)由宇宙線核合成的過程，宇宙線對宇宙中鋰、鈹、和硼的產(chǎn)生，扮演著主要的角色。宇宙線也可能會產(chǎn)生二次粒子穿透地球的大氣層和表面。
 
　　在宇宙線中，碳核、氧核等屬于恒星核合成過程中產(chǎn)生的原初粒子，而硼核則主要是碳核、氧核在傳播過程中和星際物質(zhì)發(fā)生碰撞后產(chǎn)生的次級粒子。因此，通過對宇宙線中硼/碳(B/C)和硼/氧(B/O)流量比的精確測量可以研究宇宙線在傳播路徑上的相互作用過程。上個世紀(jì)40年代至60年代建立起來的經(jīng)典宇宙線傳播模型預(yù)測B/C和B/O隨能量的變化服從單一冪律分布，且譜指數(shù)應(yīng)為-1/3或-1/2。近些年的直接觀測實驗(如PAMELA、AMS-02)發(fā)現(xiàn)宇宙線B/C在百GeV/n以下能區(qū)確實符合單一冪律分布，其譜指數(shù)非常接近-1/3，被認(rèn)為是建立于1941年Kolmogorov星際介質(zhì)湍流理論的直接證據(jù)。但在更高能區(qū)，尤其是TeV/n以上，前述實驗因測量精度的限制無法給出準(zhǔn)確的探測結(jié)果，不能對現(xiàn)有的宇宙線傳播模型給出有效檢驗。
 
　　“悟空”號暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星(DAMPE)是中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項中首批立項研制的4顆科學(xué)實驗衛(wèi)星之一，主要科學(xué)目標(biāo)是以更高的能量和更好的分辨率來測量宇宙射線中正負(fù)電子之比，以找出可能的暗物質(zhì)信號。和國際上其他類似探測設(shè)備相比，“悟空”號覆蓋能段寬、能量測量準(zhǔn)、粒子鑒別強，特別是具備優(yōu)異的電荷分辨本領(lǐng)，可以對高能宇宙線核素粒子進行高精度鑒別。
 
　　10月14日，基于其收集到的前六年觀測數(shù)據(jù)，“悟空”號國際合作組獲得了10 GeV/n到5.6 TeV/n能段的B/C和B/O的精確測量結(jié)果(圖2)。這是國際上首次實現(xiàn)對1 TeV/n以上B/C和B/O進行精確測量，能量上限比阿爾法磁譜儀(AMS-02)實驗高出5倍。“悟空”號的探測結(jié)果表明，在寬能段范圍內(nèi)B/C和B/O明顯偏離單一冪律分布的行為特征。
 
　　“悟空”號首次以高置信度發(fā)現(xiàn)宇宙線B/C和B/O在相同能量(約100 GeV/n)處出現(xiàn)變硬的行為，意味著經(jīng)典的宇宙線傳播理論需要進行重要的修改。該結(jié)果對揭示宇宙線的傳播機制以及星際介質(zhì)的湍動屬性具有十分重要的意義，也意味著之前基于反物質(zhì)宇宙線的暗物質(zhì)間接探測的天體物理背景需要重新估計。
 
　　相關(guān)成果Detection of spectral hardenings in cosmic-ray boron-to-carbon and boron-to-oxygen flux ratios with DAMPE于10月14日在線發(fā)表在《Science Bulletin(科學(xué)通報)》上。
 
　　參考來源：紫金山天文臺
 
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