編者按：近日，中日合作西藏?ASγ實驗觀測到迄今為止最高能量的彌散伽馬射線輻射，最高能量達?957 TeV, 接近?1PeV (1000萬億電子伏特)；這些超高能伽馬射線的方向并沒有指向已知的低能段伽馬射線源，而是彌漫分布在銀盤（銀河系在天空的投影）上這是國際上首次發現拍電子伏特宇宙線加速器（“PeVatron”）在銀河系中廣泛存在的證據。該結果被美國物理學會（APS）評論為研究高能宇宙線起源“世紀之謎”的里程碑。光明網記者就此采訪了中科院高能物理所研究員黃晶，對什么是宇宙線？研究它的意義是什么？進行科普解讀。??
光明網：什么是宇宙線？
黃晶：宇宙線亦稱為宇宙射線，是來自外太空的帶電高能次原子粒子，約有90%左右為質子，其他是電子、光子這些粒子。
光明網：為什么宇宙線蹤跡難尋，不好定位來源？
黃晶：我們知道銀河系中到處都存在磁場，而宇宙線是帶電粒子，宇宙線運動傳播時經磁場偏轉會改變原有的運動方向，到達地球時的方向已經失去原有的方向信息，這使得找尋加速源困難重重，即使是百余年后的今天，仍然是一個謎。
光明網：現在科學家主要通過哪些可靠指標或者方法來追尋宇宙線的源頭？
黃晶：目前對于銀河系宇宙線源頭的追尋主要是通過伽馬射線及中微子的觀測來開展。
光明網：研究宇宙線有哪些主要意義？
黃晶：1912 發現了宇宙線，通過宇宙線觀測研究進而發現了多種粒子，發展加速器科學，明白了核反應，核裂變，聚變等。由此可見，顯然像宇宙線這樣的基礎前沿物理研究對絕大多數人來說可能是空中樓閣，距離我們實際生活很遠，研究這些沒有用。 但實際上它是人類前進的一位領航員，能夠推動人類的文明進程。可以說基礎前沿物理研究是人類發展的燈塔，一直在指示我們前進的正確方向。
光明網：我國西藏羊八井ASγ實驗是什么時候建立的？
黃晶：西藏羊八井ASγ實驗位于西藏念青唐古拉山腳下,海拔4300米，始建于1989年。經過30多年的不斷原創性技術開發，我們取得了一系列國際領先的研究成果，目前已成為國際上享有盛譽的綜合型宇宙線陣列觀測實驗。
光明網：西藏羊八井ASγ實驗在宇宙線研究方面有什么優勢？
黃晶：首先是探測技術的創新優勢。ASγ實驗創新性地開發了地下水切倫科夫繆子探測器技術，它是國際上第一個能夠做到準確測量高能MUON數目，利用MUON數目這個參量鑒別宇宙射線和伽馬射線，然后排除宇宙射線背景，挑出純的伽馬射線。這種創新型的繆子探測技術保證了我們實驗的國際領先地位，同時ASγ研究內容也是其他實驗所未觸及的領域，這樣也保證了我們相應研究成果的國際領先性。其次，西藏地區的高海拔地理優勢也是宇宙線研究非常重要的基礎。
光明網：這次發布的兩項成果，與之前發現的γ射線什么不同？為什么說是朝著解開高能宇宙線起源的世紀之謎邁出的重要一步？
黃晶：2019 年7 月發現的γ射線，最高能量達450TeV，來自蟹狀星云方向，其起源被確認為脈沖星對電子加速，進而與周圍宇宙微波背景輻射光子發生“逆康普頓散射”的結果。所以，蟹狀星云被認為是典型的“電子源”（輕子源）。而本次觀測到的γ射線，則被確認是起源于能量高達PeV的“宇宙線源”，從而首次確認了銀河系中確實存在PeV宇宙線加速器。所以，它是朝著解開高能宇宙線起源的世紀之謎邁出的重要一步。
光明網：宇宙線已經發現100 多年，還有哪些未解之謎？
黃晶：宇宙線已經發現100 多年，未解之謎還有很多，比如最高能量的宇宙線到底是起源哪些天體現象，這些天體現象又是怎樣將宇宙線加速到如此之高的能量，及加速過程機制到底是怎樣的等等，這些研究是對探索宇宙、人類文明進步過程起到促進作用。
光明網：什么是PeVatron？
黃晶：PeVatron是能將宇宙線加速到PeV（10的15次方電子伏特）能量的天體源被稱為拍電子伏特宇宙線加速器（簡稱“PeVatron”）。
光明網：判斷一個天體源是否是宇宙線PeVatron，有哪些依據？
黃晶：判斷一個天體源是否是宇宙線“PeVatron”主要有三條判據:
1)該天體源發出的伽馬射線能量超過100 TeV；
2)伽馬射線發射區與分子云的位置一致；
3)能夠排除超高能伽馬射線產生于脈沖星及其風云高能電子的可能性, 即排除“輕子起源”。
此前,世界上還沒有任何一個實驗組找到同時滿足以上三個條件的天體。2021年3月2日，我們ASγ實驗組發現的SNR G106.3+2.7是銀河系中目前最強的一個候選“拍電子伏特宇宙線加速器”(“PeVatron”)。它的發現為解開超高能宇宙射線的起源之謎打開了重要窗口。
出品：光明網科普事業部
監制：戰 釗
策劃：宋雅娟
采訪：肖春芳、張夢凡
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