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科研进展
LHAASO发现“膝”区宇宙射线平均质量的“肘”
作者:冯存峰        发布时间:2024-03-27        点击数:

高海拔宇宙线观测站(LHAASO)以最高精度测量了“膝”区宇宙线的能谱及其成分的平均对数质量,并首次发现“膝”区宇宙线平均对数质量分布存在“肘“状结构,这为破解宇宙线起源之谜提供了新的关键线索。该成果于2024年3月26日以编辑推荐(Editors’ suggestion)的形式在《物理评论快报》(DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.131002)上发表,amjs60885金沙✪欢迎莅临冯存峰教授与中国科学院高能物理研究所张恒英博士、何会海研究员为该论文共同通讯作者,其中张恒英博士2021年毕业于山东大学amjs60885金沙✪欢迎莅临(导师冯存峰教授),其博士研究生期间就开始了该项研究。

高能宇宙线的起源是世纪之谜,宇宙线能谱的“膝”的成因与宇宙线起源密切相关,测量“膝”区宇宙线成分是理解宇宙线起源的关键,但由于过去的探测手段单一且探测器的灵敏度较低,宇宙线成分的分辨一直是研究瓶颈。LHAASO实验是由多种探测器构成的复合探测器阵列,研究人员利用LHAASO-KM2A阵列2021年9月到2022年12月的实验数据,通过组合该实验的缪子探测器和电磁粒子探测器信息,消除了能量重建对宇宙线成分的依赖,构造出对宇宙线平均质量敏感的参量,以前所未有的精度测量了“膝”区宇宙线能谱及其成分的平均对数质量,首次在平均对数质量上发现了一个类似“肘”关节的结构,证明了“膝”源于宇宙线的轻成分,即质子和氦,这对宇宙线模型的检验非常关键。联合我们得到的最精确的“膝”区能谱和平均质量谱测量结果,将对宇宙线模型给出最强限制,破解“膝”的成因之谜。该测量结果被审稿人称为“领域里重要的里程碑”。

LHAASO是国家重大科技基础设施,位于四川省稻城县海拔4410米的海子山,是国际上领先的高灵敏度、强大巡天能力和宽能谱的探测装置。山东大学在LHAASO实验中承担了电磁粒子探测器的研制、性能检测和软件框架开发工作,并已在多个物理分析工作中取得显著成绩,本次发现也是LHAASO实验第一个宇宙线核子观测重要成果。

论文链接: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.132.131002