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高能宇宙线起源是一个世纪未解之谜 ， 被美国国家研究委员会列为21世纪11个最前沿的科学问题之一 。 近日 ， 中日合作西藏ASγ实验观测到迄今为止最高能量的弥散伽马射线辐射 ， 最高能量接近1PeV（1000万亿电子伏特） 。 这是国际上首次发现拍电子伏特宇宙线加速器（“PeVatron”）在银河系中存在的证据 。 该结果被美国物理学会（APS）评论为研究高能宇宙线起源“世纪之迷”的里程碑 。 相关观测结果2021年4月5日在美国《物理评论快报》正式发表 ， 并被作为高亮点论文加以推荐 。
宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子流 ， 主要由质子和其他原子核组成 。 通常低于几个PeV能量的宇宙线被认为主要产生于银河系内 ， 而能将宇宙线加速到PeV能量的天体也被称为“拍电子伏特宇宙线加速器”（“PeVatron”） 。 根据理论模型 ， 超新星遗迹、恒星形成区和银河系中心的超大质量黑洞等是候选的“PeVatrons” ， 但迄今为止并没有任何一个“PeVatrons”得到观测证实 ， 其主要困难在于 ， 带电的高能宇宙线粒子在银河系传播过程中其运动方向会被磁场偏转 ， 无法通过直接探测搜寻其源头方向 。
高能宇宙线在传播过程中与星际介质碰撞可以产生能量约为宇宙线母粒子能量十分之一的高能伽马射线（被称为是“强子起源”的伽马射线）；高能伽马射线不带电 ， 沿直线传播 。 这次ASγ实验在银盘上发现超高能弥散伽马射线 ， 其能谱特征与PeV能量宇宙线和银河系分子云碰撞产生伽马射线的模型预言相符 ， 就像是“PeVatron”在银河系内留下的一串串“足迹” ， 是“PeVatron”存在于银河系的重要证据 。 这意味着人类朝着解开高能宇宙线起源的世纪之谜又迈出了重要一步 。
【探测|科学家发现PeV能量宇宙线源存在于银河系的证据】据了解 ， 西藏ASγ实验位于海拔4300米的西藏羊八井镇 。 2014年 ， ASγ实验团队在现有65000平方米宇宙线表面阵列下面 ， 增设了有效面积3400平方米的创新型地下缪子水切伦科夫探测阵列 ， 用于探测宇宙线质子与地球大气作用产生的缪子 。 在本项工作中 ， ASγ实验组综合利用地面和地下探测器阵列的数据 ， 将100TeV以上的宇宙线背景噪声压低到百万分之一 ， 从而极大地提高了伽马射线探测的灵敏度 。 这是ASγ实验近年来取得系列重大发现的关键技术基础 。 （经济日报采访人员 沈慧）
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