編者按：近日，中日合作西藏?ASγ實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到迄今為止最高能量的彌散伽馬射線輻射，最高能量達(dá)?957 TeV, 接近?1PeV (1000萬(wàn)億電子伏特)；這些超高能伽馬射線的方向并沒有指向已知的低能段伽馬射線源，而是彌漫分布在銀盤（銀河系在天空的投影）上這是國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)拍電子伏特宇宙線加速器（“PeVatron”）在銀河系中廣泛存在的證據(jù)。該結(jié)果被美國(guó)物理學(xué)會(huì)（APS）評(píng)論為研究高能宇宙線起源“世紀(jì)之謎”的里程碑。光明網(wǎng)記者就此采訪了中科院高能物理所研究員黃晶，對(duì)什么是宇宙線？研究它的意義是什么？進(jìn)行科普解讀。??

　　光明網(wǎng)：什么是宇宙線？

　　黃晶：宇宙線亦稱為宇宙射線，是來(lái)自外太空的帶電高能次原子粒子，約有90%左右為質(zhì)子，其他是電子、光子這些粒子。

　　光明網(wǎng)：為什么宇宙線蹤跡難尋，不好定位來(lái)源？

　　黃晶：我們知道銀河系中到處都存在磁場(chǎng)，而宇宙線是帶電粒子，宇宙線運(yùn)動(dòng)傳播時(shí)經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)會(huì)改變?cè)械倪\(yùn)動(dòng)方向，到達(dá)地球時(shí)的方向已經(jīng)失去原有的方向信息，這使得找尋加速源困難重重，即使是百余年后的今天，仍然是一個(gè)謎。

　　光明網(wǎng)：現(xiàn)在科學(xué)家主要通過哪些可靠指標(biāo)或者方法來(lái)追尋宇宙線的源頭？

　　黃晶：目前對(duì)于銀河系宇宙線源頭的追尋主要是通過伽馬射線及中微子的觀測(cè)來(lái)開展。

　　光明網(wǎng)：研究宇宙線有哪些主要意義？

　　黃晶：1912 發(fā)現(xiàn)了宇宙線，通過宇宙線觀測(cè)研究進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了多種粒子，發(fā)展加速器科學(xué)，明白了核反應(yīng)，核裂變，聚變等。由此可見，顯然像宇宙線這樣的基礎(chǔ)前沿物理研究對(duì)絕大多數(shù)人來(lái)說可能是空中樓閣，距離我們實(shí)際生活很遠(yuǎn)，研究這些沒有用。 但實(shí)際上它是人類前進(jìn)的一位領(lǐng)航員，能夠推動(dòng)人類的文明進(jìn)程。可以說基礎(chǔ)前沿物理研究是人類發(fā)展的燈塔，一直在指示我們前進(jìn)的正確方向。

　　光明網(wǎng)：我國(guó)西藏羊八井ASγ實(shí)驗(yàn)是什么時(shí)候建立的？

　　黃晶：西藏羊八井ASγ實(shí)驗(yàn)位于西藏念青唐古拉山腳下,海拔4300米，始建于1989年。經(jīng)過30多年的不斷原創(chuàng)性技術(shù)開發(fā)，我們?nèi)〉昧艘幌盗袊?guó)際領(lǐng)先的研究成果，目前已成為國(guó)際上享有盛譽(yù)的綜合型宇宙線陣列觀測(cè)實(shí)驗(yàn)。

　　光明網(wǎng)：西藏羊八井ASγ實(shí)驗(yàn)在宇宙線研究方面有什么優(yōu)勢(shì)？

　　黃晶：首先是探測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)。ASγ實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新性地開發(fā)了地下水切倫科夫繆子探測(cè)器技術(shù)，它是國(guó)際上第一個(gè)能夠做到準(zhǔn)確測(cè)量高能MUON數(shù)目，利用MUON數(shù)目這個(gè)參量鑒別宇宙射線和伽馬射線，然后排除宇宙射線背景，挑出純的伽馬射線。這種創(chuàng)新型的繆子探測(cè)技術(shù)保證了我們實(shí)驗(yàn)的國(guó)際領(lǐng)先地位，同時(shí)ASγ研究?jī)?nèi)容也是其他實(shí)驗(yàn)所未觸及的領(lǐng)域，這樣也保證了我們相應(yīng)研究成果的國(guó)際領(lǐng)先性。其次，西藏地區(qū)的高海拔地理優(yōu)勢(shì)也是宇宙線研究非常重要的基礎(chǔ)。

光明網(wǎng)：這次發(fā)布的兩項(xiàng)成果，與之前發(fā)現(xiàn)的γ射線什么不同？為什么說是朝著解開高能宇宙線起源的世紀(jì)之謎邁出的重要一步？

　　黃晶：2019 年7 月發(fā)現(xiàn)的γ射線，最高能量達(dá)450TeV，來(lái)自蟹狀星云方向，其起源被確認(rèn)為脈沖星對(duì)電子加速，進(jìn)而與周圍宇宙微波背景輻射光子發(fā)生“逆康普頓散射”的結(jié)果。所以，蟹狀星云被認(rèn)為是典型的“電子源”（輕子源）。而本次觀測(cè)到的γ射線，則被確認(rèn)是起源于能量高達(dá)PeV的“宇宙線源”，從而首次確認(rèn)了銀河系中確實(shí)存在PeV宇宙線加速器。所以，它是朝著解開高能宇宙線起源的世紀(jì)之謎邁出的重要一步。

光明網(wǎng)：宇宙線已經(jīng)發(fā)現(xiàn)100 多年，還有哪些未解之謎？

　　黃晶：宇宙線已經(jīng)發(fā)現(xiàn)100 多年，未解之謎還有很多，比如最高能量的宇宙線到底是起源哪些天體現(xiàn)象，這些天體現(xiàn)象又是怎樣將宇宙線加速到如此之高的能量，及加速過程機(jī)制到底是怎樣的等等，這些研究是對(duì)探索宇宙、人類文明進(jìn)步過程起到促進(jìn)作用。

　　光明網(wǎng)：什么是PeVatron？

　　黃晶：PeVatron是能將宇宙線加速到PeV（10的15次方電子伏特）能量的天體源被稱為拍電子伏特宇宙線加速器（簡(jiǎn)稱“PeVatron”）。

　　光明網(wǎng)：判斷一個(gè)天體源是否是宇宙線PeVatron，有哪些依據(jù)？

　　黃晶：判斷一個(gè)天體源是否是宇宙線“PeVatron”主要有三條判據(jù):

1)該天體源發(fā)出的伽馬射線能量超過100 TeV；

2)伽馬射線發(fā)射區(qū)與分子云的位置一致；

3)能夠排除超高能伽馬射線產(chǎn)生于脈沖星及其風(fēng)云高能電子的可能性, 即排除“輕子起源”。

此前,世界上還沒有任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)組找到同時(shí)滿足以上三個(gè)條件的天體。2021年3月2日，我們ASγ實(shí)驗(yàn)組發(fā)現(xiàn)的SNR G106.3+2.7是銀河系中目前最強(qiáng)的一個(gè)候選“拍電子伏特宇宙線加速器”(“PeVatron”)。它的發(fā)現(xiàn)為解開超高能宇宙射線的起源之謎打開了重要窗口。

　　出品：光明網(wǎng)科普事業(yè)部

　　監(jiān)制：戰(zhàn)　釗

　　策劃：宋雅娟

　　采訪：肖春芳、張夢(mèng)凡、蔡　琳

　　制作：蔡　琳、肖春芳

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