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max pool(www.ipfs8.vip):10分钟详解:中国发现拍电子伏加速器,考察宇宙的新维度

05-26 科技

作者:吴京平

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最近,我国科学家在《自然》等杂志上揭晓了一项异常重大的功效。有多主要呢?听说外国偕行看到这个功效叹息了一句:“看到这个,我可以死了……”,横竖也许就是这么个意思吧。略显夸张,然则份量十足。

这个重大的功效就是网上最近在撒播的“拍电子伏特加速器”。有网友对此很感兴趣给我留言,然则我那时有点懵圈。这个“拍”到底啥意思?是不是写错字了?看来,要搞懂这件事儿的前因后果,要穿插许多的名词注释。

首先这件事儿的源头来自于国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观察站(LHAASO),简称叫“拉手”。这个探测器项目位于四川稻城的海子山上,这家伙是一个不折不扣的“隐形冠军”,完全是在我们民众的视野之外,悄悄地拿下了一个天下第一。LHAASO是天下上迅速率最高的超高能伽马射线探测器,探测器的有用面积到达了一平方公里,配备了1188个μ子探测器。这刚制作了一半,运行了11个月,就发现了一个重大科学功效。

LHAASO探测器在银河系之中发现了多个超高能宇宙线加速器,而且纪录到最高1.4拍电子伏特的伽马光子。这话到底啥意思呢?先做名词注释。

首先,电子伏特是能量单元,研究粒子物理的都喜欢用这个单元。大略地说,就是用1伏特的电压从静止最先来加速一个电子,最后电子获得的能量就是一个电子伏特,这是个异常小的单元,也许是1.6×10^-19焦耳。

拍(peta)是啥意思呢?就是万万亿的意思,也就是10的15次方。1000叫1K,100万叫1M,1000M叫1G,1000G叫1T,1000T叫1Peta,也就是1拍。1拍电子伏特相当于1.6/10000焦耳的能量。看上去并不大,然则你要想想啊,这是一个光子的能量,已经够大的了。

宇宙之中有一些带电的高能粒子在四处游荡,这就是宇宙射线。我们的太阳也会发出太阳风,会喷出带电粒子,其他恒星也是势均力敌,叫做“星风”。另有一些其他的物理机制也会发生高能带电粒子。这些高能带电粒子混杂在一起,我们也分不出到底是怎么发生的。横竖宇宙射线90%都是质子,也就是氢元素的原子核。另有9%是氦元素的原子核。1%的电子。这个比例和宇宙之中物质组成的份额是匹配的。

然则,这些杂乱无章的射线在宇宙里游荡,会被种种天体加速,好比黑洞和中子星。这些器械就是自然的加速器,比地球上的加速器要大多了。人类造的玩意儿和宇宙天体相比,真是不值一提,人家拔根毛都比我们的腰粗。人类制作的最大的大型强子对撞机仅仅能到达0.01拍的量级。宇宙射线的能量都不低。

然则宇宙天体都是带着磁场的,我们地球不也有磁场嘛。效果这些高能带电粒子遇到磁场就拐弯,天知道它们途经了几个星球,拐了几个弯儿呢?说不定在宇宙里溜达个万万年也不新鲜,那要拐若干弯儿啊?

以是,我们即便能探测到宇宙射线来自何方,也无法判别它的老家在哪儿,从那里发出来的。

怎么办呢?好办啊。星际空间并不是彻底空空荡荡什么都没有,多若干少另有一点气体分子。也许也就1立方厘米包罗一个氢原子这个量级。宇宙射线大部门都是质子,氢原子核也是质子,基本上就相当于高能的质子对撞,跟大型强子对撞机实在差不多。会撞出许多的π介子和K介子,然后衰酿成μ子,μ子最后会酿成高能的光子,能量越高,光子的频率也越高,都在伽马射线的波段内。这样就被我们超高迅速率的LHAASO给探测到了。

这么说吧,也许有一部门宇宙射线刚出门没多远就撞车了,和星际物质粒子发生了碰撞,然后经由一系列的庞大物理历程发生了高能的伽马光子。这些光子可不怎么拐弯儿,正好被我们的探测器捕捉到,光子的来向是很容易判其余,也就相当于发现了辐射源的偏向。

一样平常的物理历程发生1peta量级的粒子是很难的,就好比我们去考察周围人的身高,你会发现稀奇高的是少少数,稀奇矮的成年人也是少少数。前边来了一哨人马,各个身高两米开外,岂非是篮球队出来整体逛街?那估量一定是事出有因。

这个原理人人都懂啊。我们的LHAASO探测器偏偏就发现1peta能级周围的伽马光子多得不正常,显著是事出反常必有妖。这些能够把宇宙射线加速到极高能量的天体,就是所谓的“拍电子伏加速器”。

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LHAASO现在积累了11个月的考察数据,在银河系里发现了12个强辐射源,也就是12个大号的自然粒子加速器。有一些辐射源是新面貌,已往没见过。然则有些老面貌也让人人吃了一惊,好比说天鹅座恒星形成区,好比说蟹状星云。这里头怎么蟹状星云也来掺和一脚?真是没想到。

若是说仅仅是发现了一些1peta量级的伽马光子。这似乎也没有什么新鲜的,为什么这样一个功效会成为重大的成就呢?由于这个发现打开了一个新的领域,一个新的维度。

我们人类只能靠眼睛去考察这个天下,然则我们的眼睛只能看到这个宇宙里很小的一部门可见光。不管是在电磁波频谱上扩展一个波段,照样发现一种新的探测手段,都能让我们大开眼界。我们用X射线看到了人体的骨骼,用B超看到了肚子里的宝宝,用无线电看到了星系中央的黑洞吸积盘,用引力波听到了中子星的合并。每一种探测手段,实在都是打开了一个全新的领域,主要性固然是不言而喻的。

最近天文学界对快速射电暴稀奇关注,就是由于这是一种我们领会不多的征象。同样,对于拍电子加速器也是一样的。

蟹状星云是一颗新鲜出炉的超新星遗迹。公元1054年,北宋的司天监发现了一颗天关客星。这就是人类明确纪录到的一次超新星爆炸。厥后,天文学家们在这个位置找到一个蟹状星云,这个星云就是昔时那颗超新星爆炸造成的,到现在还在继续膨胀。星云里有一颗活跃的脉冲星,就是昔时那次超新星爆炸后剩余的产物。

这是一颗鲜活的超新星,脉冲星就是高速旋转的中子星,转得飞快,磁场极强,粒子被加速到了相对论性速率,最少是光速的几分之一吧,这就是所谓的“脉冲星风”。这家伙也会发射出壮大的X射线和伽马射线。天文学家们险些把它研究了个透,人人对它太熟悉了。

以是蟹状星云的这颗脉冲星险些成了唯一搞清了辐射机制的尺度伽马射线源。然则,当我们的视野扩展到了拍电子伏特这个量级。我们突然发现,似乎我们是小看了蟹状星云中央这个脉冲星,这个家伙居然是一个peta量级的电子加速器。看来有许多事儿,我们未必真的搞明了了。

天鹅座恒星形成区是银河系在北天最亮的一个区域。这里群集着许多大质量恒星。加起来怎么也有好几万倍太阳质量。越是大的恒星,吹出来的星风越强,速率到达了每秒几千公里。

你想吧,原本人人距离就够近,人人还在互喷,喷的还挺起劲的。气流凶猛撞击,比地球上的大型强子对撞机厉害多了。以是,这个区域有着极其庞大的强激波,强湍流。

大质量天体的寿命普遍都很短,到最后一样平常都是以超新星爆炸的方式了却残生。原本人人相互喷的就够厉害的,这还来个玩儿自爆的,爆炸的袭击波加倍凶猛,以是,这个地方就成了粒子加速的绝佳场所,成了一个peta量级的质子加速器。

以是,LHAASO在这个区域发现了1.4拍电子伏特的最高能量光子,这说明,用“拍电子伏特粒子加速器”这个词可能都不足以形容这个自然粒子加速器的壮大。

只管云云,星际空间的物质着实是太稀薄了,即即是异常明亮的蟹状星云,每立方厘米也只有1300个粒子,还不如月球外面的气体浓度呢。以是,粒子对撞也是小概率事宜,也许是在一平方公里的局限内,探测到的超高能的伽马光子也不外是1天1个的水平。这些高能光子进入地球大气还会发生“簇射”,一个高能光子和空气撞击,迸发出一大堆杂乱无章的粒子,这些粒子还会在发生更多杂乱无章的粒子,探测的难度又大大增添了。

以是,我们的LHAASO是建在海拔4410米的稻城海子山上,只管战胜大气吸收的问题。用1平方公里的伟大探测面积来应对粒子希罕的问题。用多种探测手段解决高能伽马光子混在在杂乱无章的粒子之中,不容易识别的难题。这也是一个国际互助项目,许多国家都出了力,整体手艺水平异常高。

现在取得的这些成就,还都是在LHAASO还没所有完成的情形下做出的,未来完全建成以后,不知道还会带给我们什么新的发现。

现在我们的国力强了,既有财力,也有手艺实力,也应该在基础科学研究的大科学工程上花点钱了。我常说,只有伟大的国家才愿意投入大笔的资金,用在暂时看不到什么短期效益的基础科学研究项目上。我们固然是伟大的国家。

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