科学:为宇宙射线的深度提供管道

 作者:秋鋈圯     |      日期:2017-09-21 09:41:21
作者:CHRISTINE SUTTON宇宙射线的来源之谜可以通过两次水下实验来解决,一次是在西伯利亚的贝加尔湖,另一次是在太平洋,在夏威夷群岛之外轰击地球的宇宙射线主要是能量高达10 20电子伏特的质子 - 几乎是粒子加速器达到能量的十亿倍没有人知道这些粒子来自何处,因为穿过银河系的磁场不断改变它们的方向当粒子到达地球时,它们已经脱离了原始方向的所有痕迹没有人知道带电粒子是如何被鞭打到如此巨大的能量,但同样的过程也应该产生高能γ射线和中微子银河系的磁场不会改变伽马射线和中微粒(如中微子)的方向,因此它们应该提供指向宇宙射线源的指针水下实验设计用于检测这些中微子通过地面和太空实验发现了一些高能γ射线源,特别是轨道运行的伽玛射线天文台但是只有一种能量高达10 12电子伏特(1 teraelectronvolt或TeV)的伽马射线源已被证实:我们银河系中的蟹状星云地面实验间接地研究高能宇宙伽马射线,通过它们在高层大气中击中原子时产生的二次粒子的阵雨淋浴的方向揭示了初级宇宙伽马射线的方向,因此指向它的来源 1992年,两个独立的地面实验从两个不同来源检测到能量约为1 TeV的伽马射线亚利桑那州惠普尔天文台的一个小组早些时候发现了来自蟹状星云的高能γ射线,发现一个叫做Markarian 421的巨大椭圆星系也是以TeV为单位测量能量的伽马射线源在法国比利牛斯山脉,Themistocle望远镜发现蟹状星云发射的伽马射线的能量超过15 TeV,这是从太空物体中探测到的最高能量这两个水下实验旨在通过μ子(电子的重型)检测宇宙中微子,它们在极少数情况下与普通物质相互作用在高能量下,μ子比光更快地穿过水,发出称为切伦科夫辐射的光的“冲击波”实验通过安装在特殊“光学模块”中的大型光电倍增管检测这种切伦科夫光,设计用于在水下数百米处操作来自柏林,布达佩斯,伊尔库茨克,莫斯科和托木斯克的研究人员正在利用世界上最深的淡水湖贝加尔湖的清澈海水进行实验湖水在冬季结冰,提供了一个冰平台,团队可以通过该平台将设备降低到水中去年,研究人员在贝加尔湖安装了36个光学模块,每个模块都包含一个直径为37厘米的光电倍增管这些模块悬挂在一条大约一公里深的三根弦中,悬挂在伞状框架上最终,该帧将携带8个字符串和多达192个光检测模块贝加尔湖实验已经检测到大气中宇宙射线碰撞产生的7000万μ子这些μ子形成了一个不需要的背景,团队必须从中挑选出由宇宙中微子产生的更稀有,更高能量的μ子不幸的是,一些模块已经失败了,研究人员计划在今年冬天晚些时候更换冰层时更换它们与此同时,他们将部署另外36个模块同时,距离夏威夷大岛30公里,水深4760米,另一组正在建立DUMAND II,深水下Muon和中微子探测器的最新阶段上个月,研究人员成功地安装了一个“接线盒”,它将从9个串中收集信号,每个24个光学模块,并铺设光纤电缆,将数据带到岸上第一批24个模块也已部署,但其通信激光器在几个小时后失效另外两根琴弦准备连接到探测器底座的接线盒这将需要使用潜水器,但应该首先用视线看到μ子同时,有缺陷的弦将被恢复,以便可以修复完成后,DUMAND II将包含216个光学模块,每个光学模块有9个,每个350米长它将有一个有效的区域来探测20 000平方米的高能量μ子,并且应该对1-TeV中微子源敏感,