2021年5月17日，由中國科學院高能物理研究所牽頭的中國高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）國際合作組在北京宣布，LHAASO首次在銀河系內發現大量超高能宇宙加速器，為超高能宇宙線來源劃定目標﹔同時，它記錄到了能量達1.4拍電子伏的伽馬光子（拍=千萬億），突破了大眾對銀河系粒子加速的傳統認知，開啟了“超高能伽馬天文學”的時代。 究竟什麼是宇宙線？我們又為何要研究宇宙線呢？

什麼是宇宙線？

宇宙線是來自外太空高能粒子流的總稱。它是一種人眼看不到的射線，是來自於外太空的具有很大能量的帶電粒子流。它的能量比光子大的多，但是速度卻和光速相接近。它們可以從各個方向闖入地球，在穿過地球大氣層時與大氣中的原子核發生相互碰撞產生電子、正電子、光子、介子、超子等基本粒子。在碰撞中它們也會損失很多能量，變成次級的宇宙線。最后到達地球的次級宇宙線一般是穩定的粒子，像質子、原子核、或者電子。其中有非常小的比例是穩定的反物質粒子，像正電子或反質子。

如何探測宇宙線？

宇宙射線是存在於宇宙空間的高能粒子，它的觀測儀器本質上是高能粒子探測器。與加速器的粒子束相比，宇宙線具有高能量、能域寬（從幾千電子伏到1020電子伏）、粒子成分復雜等特點。因此對它的探測面積要大，觀測時間要長。為了避免不需要的粒子背景、區分不同類型的粒子和初、次級宇宙射線，宇宙射線的觀測方式分成了高空、高山、海平面和地下觀測幾種。

高空探測主要是探測初級宇宙射線，觀測它們的電荷、速度、能量以及它們與靶核作用的散射截面，這些高空探測器通常由飛機、氣球、火箭、人造衛星等運載﹔超高能宇宙線能量每增加一個數量級宇宙線流強就降低兩個數量級、其中強子成分在大氣中發生多次作用，能量降低並逐漸被吸收。為了研究超高能強作用並採集足夠多的事例，就需要在高山設置探測器，如中國雲南高空站（海拔3200米）和大型雲室磁譜儀、西藏甘巴拉山（海拔5500米）乳膠室﹔海平面觀測主要針對能量在1014到1016電子伏特的次級宇宙射線（主要是質子和原子核）﹔地下探測器主要研究超高能x子和中微子，宇宙線中的其他粒子都被地層吸收，隻有x粒子能穿入地下，用x望遠鏡或描跡儀來記錄粒子軌跡和作用圖像。

宇宙線研究的重要性

對宇宙線的詳細研究不僅可以為太空飛船的設計提供便利，也可為航行在星際空間的太空飛船上的太空人提供安全保障。此外，宇宙射線與我們的生活息息相關，宇宙射線的溫度效應也是造成溫室效應的原因之一，了解宇宙線的來源和探索宇宙線將會給我們的生產生活帶來有利影響。

指導老師：中國傳媒大學 經濟與管理學院副教授 於晗

專家：北京工業大學 物理學研究員 王雯宇

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