暗物质 和暗物质和黑洞并称为宇宙三大神秘谜团之一的超高能宇宙射线之谜
神秘的宇宙超高能射线
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宇宙中有太多理论未知的神秘物质，我们对宇宙的观测认知还没有走出银河系，仅仅理论上的错误也无可厚非，其中最神秘的三大谜团-暗物质、黑洞和宇宙超高能射线，而它们是什么，由什么构成.....却从来没有人知道。
超高能宇宙射线是宇宙中能量最大、最稀有的粒子--也是最神秘的粒子之一。
在很远很远的地方，有些东西--在某个地方--正在创造具有疯狂能量的粒子。不管它们是什么，也不管它们来自哪里，这些粒子的能量可能在10-18eV和10-20eV之间。鉴于欧洲核子研究中心大型强子对撞机的最高粒子能量约为10-13 eV，其中一些粒子的能量比我们在地球上最强大的粒子加速器所能产生的任何东西都高一百万倍。很简单，它们是自然界中见过的最有能量的粒子。
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这些粒子流被称为超高能宇宙射线（UHECRs）于1962年被发现。性质上与普通宇宙射线的能量并不一样，而普通宇宙射线是由奥地利科学家维克多-赫斯在50年前一系列著名的大胆热气球飞行实验中首次发现的。尽管我们对普通宇宙射线有很多了解，但超高能宇宙射线是由什么构成的，来源哪里？是什么加速了它们？....仍然是一个未解之谜。
幸运的是一些超高能宇宙射线偶尔会降到地球上被人类所观测。当这种射线进入大气层时会与空气分子相撞，而空气分子又与其他粒子相撞，从而产生层叠效应一直到达地面。其结果是在地球表面5公里宽的区域内出现了所谓的粒子雨。
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如上图是著名的皮埃尔-奥格天文台，目前正在升级，一般一个这样的望远镜由两个设施部分构成，这两个设施都由表面探测器阵列组成--就俄歇效应而言有1660个大桶，每个桶有超过12000升的水，分布在3000平方公里的范围内。当来自天空各个方向骤雨般的粒子流飞入一个探测器时会产生一个电磁冲击波，被安装在探测器水箱上的光探测管所接收。研究人员可以将这一信息与分布在整个阵列中的27个望远镜的数据结合起来，这些望远镜收集了级联效应激发空气中氮气产生时的荧光。
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这种综合技术产生了对超高能宇宙射线的通量、到达方向和能量的精确测量。而在去年，作为这项工作的结果，皮埃尔-奥格研究所的研究人员明确表明，最强大的宇宙射线是来自银河系之外，而不是来自我们的银河系内。
考虑到我们对宇宙射线的了解已经超过了一个世纪，这一突破可能看起来不尽如人意，而且有点姗姗来迟，实际上反映了研究人员面临的巨大挑战，能量超过1020eV的宇宙射线--平均而言这是非常稀有的--每世纪每平方公里仅仅只在地球上降落一次。
超高能宇宙射线是由什么组成的？
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随着几十年来收集的数据证明，低能量的宇宙射线--主要是质子、核子和电子--似乎来自天空的各个方向。科学家们将这种传播归因于射线被弥漫在我们银河系的磁场偏转到各个方向，这就排除了直接锁定其来源的所有希望，超高频辐射则是另一回事，它们能很好地穿过银河系的磁场，以至于它们只被偏转了几度。对于这类现象研究人员却解释说：我们可以把它们当作天文信使，直接找到高能射线粒子流的源头。
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在超高能宇宙射线气阵中，随着气阵在大气层中的经过，级联效应会涉及越来越多的粒子。每一次发生的作用都会失去能量，这意味着周围的喷淋粒子数量开始下降只有一小部分能到达地面。通过了解气阵在大气中的传播情况，研究人员声称可以模拟粒子的相互作用以推断出气阵在大气中的什么地方达到了峰值。而通过将气阵峰值与测量的气阵能量相结合，他们可以推断出宇宙高能射线的质量--从而推断出其身份。
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当科学家应用这种方法时，他们预计能量最高的超高能射线可能只是由质子组成，实验结果显示，他们相反地发现了一些奇怪的行为现象。随着超高能宇宙射线的能量从1018 eV增加到1020 eV，其质量也在增加。开始时有很多质子在1019 eV左右，然后突然间急剧变化为氦(原子核内)，然后是碳和氮范围内的元素。
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