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利用高能立體望遠(yuǎn)鏡，科學(xué)家探測到最高能宇宙射線電子

2024-11-27 15:05:51來源：中國科技網(wǎng)  

來源標(biāo)題：利用高能立體望遠(yuǎn)鏡，科學(xué)家探測到最高能宇宙射線電子

包括德國馬克斯普朗克核物理研究所在內(nèi)的團(tuán)隊，利用高能立體望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)(H.E.S.S.)取得了一項重大發(fā)現(xiàn)——在地球上探測到了迄今為止能量最高的宇宙射線電子。這項發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了此前未被探索的能量區(qū)間，預(yù)計在未來數(shù)年內(nèi)將持續(xù)作為該領(lǐng)域研究的參考標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在最新一期《物理評論快報》上。

宇宙中，超新星遺跡、脈沖星及活躍星系核等天體能夠發(fā)射出極高能量的帶電粒子和伽馬射線，其能量水平遠(yuǎn)超恒星內(nèi)部核聚變過程產(chǎn)生的能量。

其中帶電粒子的情況十分復(fù)雜。這些電子和正電子被稱為宇宙射線電子(CRe)，其能量超過1萬億電子伏特(TeV)，比可見光高10000億倍。但因為它們不斷受到宇宙中各處磁場的沖擊，而且是從各個方向撞擊地球。探測如此高能量的電子和正電子是一項巨大的挑戰(zhàn)?？臻g探測器由于探測面積有限，通常難以捕捉到足夠的這類粒子樣本。相比之下，地面設(shè)備則通過觀察宇宙射線在地球大氣層中引發(fā)的粒子級聯(lián)，可間接探測宇宙射線的存在。

此次，H.E.S.S.系統(tǒng)利用多座大型望遠(yuǎn)鏡，捕捉并記錄了高能粒子和光子進(jìn)入地球大氣層時產(chǎn)生的微弱切倫科夫輻射及其伴隨的粒子級聯(lián)。通過對四臺直徑12米的望遠(yuǎn)鏡長達(dá)十年間收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，并采用新的、更為高效的篩選算法，科學(xué)家成功地從大量的背景噪聲中分離出了CRe信號。此次分析產(chǎn)生了前所未有的CRe統(tǒng)計數(shù)據(jù)，特別是首次獲得了最高達(dá)40TeV能量范圍內(nèi)的CRe數(shù)據(jù)，揭示了宇宙射線電子能量分布中一個顯著的變化點。

這一發(fā)現(xiàn)向人們揭示了宇宙演化過程中各事件所能釋放出的巨大能量，也使得科學(xué)家首次能夠?qū)τ钪骐娮悠鹪丛O(shè)定嚴(yán)格的限制條件。

總編輯圈點

很多時候，我們無法直接探測到某些粒子，只能根據(jù)粒子活動產(chǎn)生的痕跡來倒推粒子的性質(zhì)。宇宙射線電子就是這樣的粒子。它們能量極高，承載了宇宙中多種“打擊”，從四面八方“投奔”到地球，對它直接展開研究并不容易。此次，科研人員利用高能立體望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，輔以更新的算法，根據(jù)高能粒子進(jìn)入地球大氣層時的“痕跡”，獲得了它們在新的能量區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)。這一發(fā)現(xiàn)幫助我們更深刻理解宇宙射線電子，也為該領(lǐng)域的研究提供了新的參考。

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