西藏探測設備檢測到最高能粒子:6500光年外蟹狀星雲
2019年06月27日08:32
蟹狀星雲,此次發現的超高能級光子就來自於這裏,這是一個超新星爆發的遺蹟
蟹狀星雲,此次發現的超高能級光子就來自於這裏,這是一個超新星爆發的遺蹟

  新浪科技訊 北京時間6月27日,物理學家探測到了迄今最高能量的光線,這個信號來自蟹狀星雲,這是一個距離地球大約6500光年之外的超新星爆發遺蹟。

  設在西藏的研究設施檢測到了這股伽馬射線束流轟擊地球大氣層產生的效應信號。此次檢測到的信號能量高達100~450萬億電子伏特,其對應的粒子能量比歐洲大型強子對撞擊中能量最高的粒子還要高出69倍。

  此次發現是由設在西藏的羊八井國際宇宙線觀測站內由中國和日本聯合實施的ASγ實驗做出的,其靈敏的檢測手段捕捉到了來自蟹狀星雲的極端高能粒子。

通過搜尋和檢測能量更高的光子事件,科學家們希望能夠找出這些光子被加速的具體機製原理。。物理學家們感覺,這樣的能量值必定存在某個上限值,而不會是無限上升的
通過搜尋和檢測能量更高的光子事件,科學家們希望能夠找出這些光子被加速的具體機製原理。。物理學家們感覺,這樣的能量值必定存在某個上限值,而不會是無限上升的

  中日ASγ實驗包括大約600個粒子探測器,分佈於6.5萬平方米的範圍內,可以檢測高能光子轟擊地球大氣層時產生的次生粒子信號。此次檢測到的單個光子能量基本都超過了100萬億電子伏特,而這一數值基本正是此前探測到粒子能量的最高記錄。但是某些粒子的能量甚至達到了450萬億電子伏特。

  為了讓讀者有一個相對直觀的感覺,我們可以做一個對比:可見光的光子能量一般只有幾個電子伏特,而大型強子對撞機——人類迄今建造的最為強大的粒子加速器,其最多能夠將粒子能量抬升到大約6.5萬億電子伏特的水平。

  蟹狀星雲距離地球大約6500光年,根據中國古代天文學家們的記載,這是一起發生在公元1054年的超新星爆發事件遺留下的遺蹟。此次爆發事件為粒子加速成為極端高能粒子提供了適宜的環境條件。

  首先,類似電子這樣的帶電粒子可以被超新星爆發過程中產生的衝擊波和磁場效應加速。而當這些高能電子與蟹狀星雲中的低能的光子發生相互碰撞時,前者就會將能量轉移給後者,從而讓光子具備了高能量。隨後這些光子高速穿越宇宙空間,其中的一部分碰巧抵達了地球,並被設在中國西藏的觀測站捕捉到。

  當這些高能光子在轟擊地球大氣層時,與大氣層內的空氣分子發生碰撞,隨後會產生大量的次級粒子,主要包括電子和正電子,而這些粒子可以被設在地面上的探測器檢測到。

  但是科學家們面臨的一大挑戰就是如何去區分由於這類高能粒子轟擊地球大氣產生的次級粒子,以及那些由宇宙射線轟擊地球大氣產生的次級粒子,相比之下後者的發生頻率要高得多。

  於是為了做到這一點,專家們使用埋置地下的探測器來屏蔽任何會產生出μ子的事件,μ子是一種基本粒子,是電子的近親,但質量更大。μ子是宇宙射線轟擊的產物,而不是高能光子轟擊的產物,可以作為兩種事件的區分手段。

  在儘可能將與μ子產生有關的事件排除之後,研究人員注意到仍然有24個轟擊事件不能排除,這些事件發生於過去的3年時間里。這些事件當中可能存在著能量水平超過100萬億電子伏特的高能光子。甚至其中有些信號暗示,其中某些光子的能量超過了450萬億電子伏特,非常驚人。

  研究人員警告稱,這些事件中,有6次事件存在可能是由宇宙射線引發的“嫌疑”,之所以無法排除,是因為之前的μ子事件排除工作中仍然存在一定的不確定性和誤差。

  相關領域專家表示,這樣的能量等級是此前人類從未企及過的。因此,對於研究高能伽馬射線的物理學家們來說,這是一個令人興奮的發現。

  通過搜尋和檢測能量更高的光子事件,科學家們希望能夠找出這些光子被加速的具體機製原理。物理學家們感覺,這樣的能量值必定存在某個上限值,而不會是無限上升的,而找出這樣一個上限值,將幫助科學家們完善相關理論,並最終揭開其背後的謎團。(晨風)

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