中日關(guān)于宇宙射線觀測(cè)的一項(xiàng)聯(lián)合研究項(xiàng)目——西藏ASγ實(shí)驗(yàn)，從銀河系中發(fā)現(xiàn)了超高能彌散伽馬射線 。據(jù)估量，檢測(cè)到的最高能量達(dá)到前所未有的高水平，接近1皮塔電子伏特（PeV，或1萬(wàn)億eV） 。
令人驚訝的是，這些伽馬射線沒(méi)有指向已知的高能伽馬射線源，而是散布在整個(gè)銀河系中 。
科學(xué)家認(rèn)為，這些伽馬射線是由逃離最強(qiáng)大的銀河源（“PeVatrons”）的宇宙射線與銀河系中的星際氣體之間的核相互作用產(chǎn)生的 。這一觀測(cè)證據(jù)標(biāo)志著揭示宇宙射線起源的一個(gè)主要里程碑，而宇宙射線使人類(lèi)困惑了一個(gè)多世紀(jì) 。
宇宙射線是來(lái)自外層空間的高能粒子，重要由質(zhì)子和原子核以及少量的電子/正電子和伽馬射線組成 。低于幾PeV的宇宙射線被認(rèn)為是在我們的銀河系中產(chǎn)生的，一種可以將宇宙射線加速到PeV能量的源稱(chēng)為PeVatron 。盡管建議將超新星遺跡，太陽(yáng)形成區(qū)和銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞當(dāng)作候選PeVatrons，但尚未觀察到任何發(fā)現(xiàn)，這重要是因?yàn)榇蠖鄶?shù)宇宙射線都帶有電荷，并且在傳播時(shí)會(huì)失去其原始方向并在銀河系中被磁場(chǎng)彎曲 。
但是，宇宙射線可以在加速位置附近與星際介質(zhì)相互作用，并以其父宇宙射線能量的大約10％產(chǎn)生伽馬射線 。由于電中性伽馬射線的方向不能被磁場(chǎng)改變，因此超高能伽馬射線（0.1-1 PeV）可能會(huì)告訴我們PeVatron在銀河系中的位置 。
西藏ASγ實(shí)驗(yàn)始于1990年 。經(jīng)過(guò)幾次擴(kuò)展，目前的空氣淋浴陣列由500多個(gè)輻射探測(cè)器組成，分布在約65,000平方米的面積上 。為了提高其對(duì)伽瑪射線觀測(cè)的靈敏度，2014年在現(xiàn)有的地面宇宙射線探測(cè)器下方增加了總有效面積為3400 m 2的新型Cherenkov型水上μ子探測(cè)器 。
由于伽馬射線事件的μ子較弱，而占優(yōu)勢(shì)的質(zhì)子/核子的事件均富含μon子，因此此功能可用于抑制由質(zhì)子/核子事件引起的背景 。使用這項(xiàng)技術(shù)，西藏ASγ實(shí)驗(yàn)成功地將質(zhì)子/核背景事件減少到了百萬(wàn)分之一，這是這種實(shí)驗(yàn)中有史以來(lái)最高效的一次 。因此，我們可以檢測(cè)到幾乎沒(méi)有宇宙射線背景事件的超高能伽馬射線 。
來(lái)自西藏ASγ實(shí)驗(yàn)的科學(xué)家觀察到伽馬射線的能量大約在0.1到1 PeV之間，這些能量來(lái)自銀河盤(pán)區(qū)域 。具體而言，菜葉網(wǎng)，他們?cè)阢y河系中發(fā)現(xiàn)了23條能量超過(guò)398 TeV的超高能宇宙伽瑪射線 。其中，觀測(cè)到的最高能量接近1 PeV，這是在任何地方檢測(cè)到的伽馬射線光子的新世界紀(jì)錄 。
令人驚訝的是，這些伽瑪射線沒(méi)有指向已知的最強(qiáng)大的高能伽瑪射線源，而是沿銀河系傳播！科學(xué)家們很快注意到，這些伽瑪射線可能是由PeV宇宙射線和星際介質(zhì)從加速源（PeVatrons）逃逸后的相互作用產(chǎn)生的 。這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為“強(qiáng)子起源”，它通過(guò)中子介子的產(chǎn)生和隨后的衰變產(chǎn)生伽瑪射線，其能量大約是其母宇宙射線的十分之一 。
這些彌散的伽馬射線暗示著銀河系中普遍存在著強(qiáng)大的宇宙粒子加速器（PeVatrons） 。換句話說(shuō)，如果存在PeVatron，則它們發(fā)射的宇宙射線將滲透到銀河系中，從而產(chǎn)生具有極高能量的伽馬射線的漫射輝光 。這就是西藏ASγ實(shí)驗(yàn)的科學(xué)家所發(fā)現(xiàn)的 。這是數(shù)十年來(lái)期待已久的發(fā)現(xiàn)，為過(guò)去和/或現(xiàn)在的銀河系中存在PeVatron提供了明確的證據(jù) 。
兩年前，西藏ASγ實(shí)驗(yàn)的科學(xué)家從銀河系中的脈沖星云狀星云蟹狀星云中發(fā)現(xiàn)了極高能的伽馬射線 。那些伽瑪射線可能以不同的方式產(chǎn)生，例如星云中的高能電子/正電子，這一過(guò)程稱(chēng)為“輕子起源” 。
【粒子加速器是專(zhuān)門(mén)用來(lái)研究高能物理的大型裝置 粒子在加速器中被加速,當(dāng)其質(zhì)量】
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