近物所參研的「悟空」在宇宙線質子能譜測量中獲得重大成果

2020-12-27 蘭州晚報

蘭州晚報訊 近日，《Science Advances》期刊發表了「悟空」號宇宙線質子從40GeV（GeV即十億電子伏特）到100TeV（TeV即萬億電子伏）能段的精確能譜測量結果。這是國際上首次利用空間實驗實現對高達100TeV的宇宙線質子能譜進行精確測量，該結果的能量上限比丁肇中先生領導的阿爾法磁譜儀（AMS-02）實驗高出近50倍，比日本科學家領銜的「量能器電子望遠鏡（CALET）」實驗最新結果高出10倍。

質子是宇宙線中豐度最高的粒子，佔比超過90%，其能譜的精確測量對於研究宇宙線物理至關重要。傳統的宇宙線加速和傳播模型預測宇宙線能譜應服從冪律分布。然而，近年的直接觀測實驗（如氣球實驗ATIC、CREAM和空間實驗PAMELA、AMS-02、CALET）發現質子能譜在數百GeV能量處能譜出現拐折，偏離單一冪律分布，這對傳統理論模型提出了挑戰。理論家提出了多種模型理解該能譜拐折的成因，區分這些模型仍有待更高能段的更加精確的能譜觀測。但在TeV及更高能段，前述實驗因測量手段以及測量精度的限制無法給出準確的探測結果，不同實驗結果差別顯著，不能對物理模型給出判別。

「悟空」號衛星除了通過對電子宇宙線和伽馬射線的觀測來間接探測暗物質粒子，還能精確測量宇宙線質子以及核素能譜。與採用同類型探測器技術的日本CALET實驗相比，「悟空」號的電荷分辨能力明顯佔優。

「悟空」號的測量結果確認了質子能譜在數百GeV處的變硬行為。更為重要的是，「悟空」號首次發現質子能譜在約14 TeV出現明顯的能譜變軟結構，這一新的結構很可能是由近鄰個別宇宙線源留下的印記，其加速上限即對應於拐折能量。「悟空」號的結果對揭示高能宇宙線的起源以及加速機制具有十分重要的意義。

近代物理研究所負責研製了「悟空」號的塑閃陣列探測器（PSD）。產品順利交付後，承擔了後續的PSD在軌精確標定刻度任務並參與了物理數據分析工作。在軌精確標定任務表明其能夠實現宇宙射線中不同帶電粒子核電荷數（Z）的高水平鑑別，在40GeV到100TeV能段的精確能譜測量中發揮了關鍵作用。蘭州日報社全媒體記者 何燕

相關焦點

  • 暗物質粒子探測衛星"悟空"獲得迄今最精確高能電子宇宙線能譜
    中國科學院日前舉行新聞發布會，宣布中科院空間科學戰略性先導專項的首發星——暗物質粒子探測衛星（DAMPE）「悟空」取得首批重大科學成果。利用「悟空」採集到的數據，科研人員獲得了世界上迄今最精確的高能電子宇宙線能譜。相關成果於11月30日正式在《自然》（Nature）雜誌在線發表。
  • 「悟空」衛星發現電子宇宙射線異常波動 有望揭開暗物質神秘面紗
    2017年11月30日訊，（記者孫樂琪)記者從中國科學院了解到，暗物質粒子探測衛星「悟空」有充分數據證實，在太空中測量到了電子宇宙射線的一處異常波動。這一波動此前從未被觀測到，意味著中國科學家取得一項開創性發現，且有可能與暗物質相關。該成果於北京時間今晨2時由國際權威學術期刊《自然》在線發表。
  • 質子到底有多大?揭開「質子半徑之謎」
    長久以來，物理學家有兩種方法來測量這種細微的差別。基於前面的圖像可以預計，這兩種測量方法必定反映了質子大小的物理本質。 方法I：利用蘭姆移位（Lamb Shift）的光譜學實驗測量質子半徑。電子繞原子核運動，電子的繞行軌道有可能穿過原子核中的質子，質子的大小影響著電子與原子核結合的強度。
  • 全球靈敏度最高的同類宇宙線觀測站在四川
    12月6日，海拔4410米的稻城海子山，經過兩年半的建設，高海拔宇宙線觀測站(LHAASO項目)迎來兩個重大節點。高能所研究員、電磁粒子探測器陣列分總體副主任盛祥東告訴記者，宇宙線主要由質子和多種元素的原子核組成，也包含少量電子和光子。它們無時不刻造訪著地球。在靠近地球的太空中，每秒每平方公分約有一個宇宙射線穿過。但由於大氣層的保護，高能粒子的能量在穿過大氣層的過程中，大部分都被吸收了，人體感知不到「天外來客」的造訪。但這些「沉默不語」的客人，又非常重要。
  • 質子的半徑始終無法準確測量,新測量方法能否解開質子之謎?
    質子，它對於大多數人來說都不是一種神秘的物質，有過初中物理知識的同學都知道：質子是一種微觀粒子，質子與中子構成原子核，原子核與電子又構成了原子，而原子則構成了我們日常生活中的所能見到的各種物質，提起質子之謎，可能大家會覺得很奇怪，因為從物理學家發現質子到現在已經有超過一百年的歷史了
  • 近常壓光電子能譜(APXPS)應用---原位測功函數
    功函數的變化與材料結構組成、晶面和表面物理化學性質的變化息息相關，特別是對表面原子重組和吸附尤為敏感（表面電荷轉移所帶來的偶極矩變化），因此功函數作為材料的一個重要參數在催化和電化學等表界面科學中有著重要的地位，對其精確和原位的測量也是很重要的。測量功函數的方法有很多種，分為相對測量和絕對測量法。
  • 「悟空」號的發現是怎麼來的?
    「悟空」首席科學家常進在介紹衛星工作情況。「悟空」首席科學家常進和他的同事們在一起。編者導讀北京時間2017年11月30日，《自然》雜誌在線發表了中國暗物質粒子探測衛星「悟空」號的首批成果。評論認為，「悟空」在太空中測量到電子宇宙射線的異常波動，有可能為我們帶來暗物質或天體物理領域的重大發現。
  • 宇宙線的擾動之一:太陽磁力擺動,看科學家們如何優化?
    圖源：NASA宇宙線於1912年由物理學家維克託·赫斯（Victor Hess）通過一次大膽的熱氣球飛行首次發現，它不斷轟擊地球大氣層，產生的次級粒子群有時甚至能到達地球表面。宇宙線主要由高能質子和原子核組成。儘管費米太空望遠鏡的實驗數據表明，它們之中很多來源於超新星或類星體，但其起源仍然是個謎。
  • 前所未有的的精確測量:在量子電動力學中用雷射求解質子電荷半徑
    這一新的測量幾乎是早先所有的氫測試結果的2倍高的精度，使得科學研究在解決質子大小之謎的道路上更進了一步。這一高精度獲得了諾貝爾獎——頻率梳技術，是首次亮相來在高解析度的光譜學層面來激發原子。這一研究結果發表在近日出版的期刊《Science》上。
  • 我國暗物質粒子探測衛星被命名為「悟空」
    中國科學院國家空間科學中心當天在酒泉宣布，將中國暗物質粒子探測衛星命名為「悟空」。 該中心表示，悟空是古典名著《西遊記》中齊天大聖的名字，「悟」有領悟的意思，「悟空」有領悟、探索太空之意；另一方面，悟空的火眼金睛，猶如暗物質粒子探測衛星的探測器，可以在茫茫太空中，識別暗物質的蹤影。 「我也會取回真經的。」
  • 中國高海拔宇宙線觀測站平方公裡陣列投入科學運行
    來源：經濟日報記者3日從中國科學院高能物理研究所獲悉，中國國家重大科技基礎設施、建於四川稻城海拔4410米海子山的高海拔宇宙線觀測站（英文縮寫LHAASO，中文音譯「拉索」）的平方公裡陣列（KM2A），目前已完成1／2規模探測器建設並投入科學運行
  • 神秘莫測、超高能的宇宙線與UPS系統會有什麼聯繫?
    你知道在困擾人類的科學難題中，排在最前面的是什麼嗎？它，就是被國際物理學界列為 「新世紀科學研究的11個世紀謎題」之一的宇宙線！首先到達地球的宇宙線粒子少之又少能量越高的宇宙線也越稀少其次不少粒子還被「汙染了」因為不少宇宙線是帶電粒子在傳播過程中就被宇宙中的磁場偏轉了
  • 近常壓掃描隧道顯微鏡與近常壓X射線光電子能譜聯用系統落戶蘇州...
    近常壓掃描隧道顯微鏡與近常壓X射線光電子能譜聯用系統落戶蘇州納米所 2017-02-28 蘇州納米技術與納米仿生研究所 SPECS公司定製的近常壓掃描隧道顯微鏡（NAP-STM）與近常壓X射線光電子能譜（NAP-XPS）聯用系統在中科院蘇州納米所納米真空互聯實驗站完成了安裝與調試工作。
  • 嫦娥四號首次測量月球表面輻射:嫦娥探月升級史
    嫦娥四號探測器作為我國「探月工程」的最新一代成果，也是人類首次在月球背面著陸和實地探測，實現了人類探索月球的新突破。回首整個探月工程，我們看到中國航天人不懈的努力和堅持，也見證了祖國綜合實力的不斷提升。
  • 回顧航空工業氣動院參研運20的歲月
    氣動院全體參研人員深知肩上的責任重大、使命光榮，急型號之所急、全力以赴，調動一切資源全力保障大運飛機風洞試驗，投入大量人力物力，完善風洞壓力測量系統、數據採集測量條件和雷射片光流動顯示等光學測量設備；增加了張線支撐系統；完善半模低速動力模擬試驗條件等。
  • 《自然》:核物理重大突破——高精度測量粒子間強相互作用
    這一質子碰撞探索了粒子物理學標準模型的最終前沿。作用於短壽命亞原子粒子上的核力很難研究。現在，通過將高能質子粉碎在一起並測量所產生的不穩定顆粒的動量來解決該問題。中子和質子（統稱為核子）之間的核力是作用於其基本成分（夸克和膠子）之間的強相互作用效應。由於強相互作用的特殊性，核力的第一性原理計算一直具有挑戰性。
  • GE醫療集團發布 世界首款寶石能譜CT 降低60%輻射
    作為世界首款寶石能譜CT，它擁有業界最高解析度的成像技術和僅為常規劑量60%的超低輻射量，將CT成像技術帶入了全高清時代，為臨床影像診斷帶來重大變革，同時又極大地降低了患者所接受的輻射劑量。 近七十位三甲醫院院長、三百多位業界權威專家共聚一堂，一同探討寶石能譜CT帶給臨床醫生與患者的寶貴价值。