科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

包括德國(guó)馬克斯普朗克核物理研究所在內(nèi)的團(tuán)隊(duì)，利用高能立體望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)（H.E.S.S.）取得了一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)——在地球上探測(cè)到了迄今為止能量最高的宇宙射線電子。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了此前未被探索的能量區(qū)間，預(yù)計(jì)在未來(lái)數(shù)年內(nèi)將持續(xù)作為該領(lǐng)域研究的參考標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在最新一期《物理評(píng)論快報(bào)》上。

宇宙中，超新星遺跡、脈沖星及活躍星系核等天體能夠發(fā)射出極高能量的帶電粒子和伽馬射線，其能量水平遠(yuǎn)超恒星內(nèi)部核聚變過(guò)程產(chǎn)生的能量。

其中帶電粒子的情況十分復(fù)雜。這些電子和正電子被稱為宇宙射線電子（CRe），其能量超過(guò)1萬(wàn)億電子伏特（TeV），比可見光高10000億倍。但因?yàn)樗鼈儾粩嗍艿接钪嬷懈魈幋艌?chǎng)的沖擊，而且是從各個(gè)方向撞擊地球。探測(cè)如此高能量的電子和正電子是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。空間探測(cè)器由于探測(cè)面積有限，通常難以捕捉到足夠的這類粒子樣本。相比之下，地面設(shè)備則通過(guò)觀察宇宙射線在地球大氣層中引發(fā)的粒子級(jí)聯(lián)，可間接探測(cè)宇宙射線的存在。

此次，H.E.S.S.系統(tǒng)利用多座大型望遠(yuǎn)鏡，捕捉并記錄了高能粒子和光子進(jìn)入地球大氣層時(shí)產(chǎn)生的微弱切倫科夫輻射及其伴隨的粒子級(jí)聯(lián)。通過(guò)對(duì)四臺(tái)直徑12米的望遠(yuǎn)鏡長(zhǎng)達(dá)十年間收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，并采用新的、更為高效的篩選算法，科學(xué)家成功地從大量的背景噪聲中分離出了CRe信號(hào)。此次分析產(chǎn)生了前所未有的CRe統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，特別是首次獲得了最高達(dá)40TeV能量范圍內(nèi)的CRe數(shù)據(jù)，揭示了宇宙射線電子能量分布中一個(gè)顯著的變化點(diǎn)。

這一發(fā)現(xiàn)向人們揭示了宇宙演化過(guò)程中各事件所能釋放出的巨大能量，也使得科學(xué)家首次能夠?qū)τ钪骐娮悠鹪丛O(shè)定嚴(yán)格的限制條件。

總編輯圈點(diǎn)

很多時(shí)候，我們無(wú)法直接探測(cè)到某些粒子，只能根據(jù)粒子活動(dòng)產(chǎn)生的痕跡來(lái)倒推粒子的性質(zhì)。宇宙射線電子就是這樣的粒子。它們能量極高，承載了宇宙中多種“打擊”，從四面八方“投奔”到地球，對(duì)它直接展開研究并不容易。此次，科研人員利用高能立體望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，輔以更新的算法，根據(jù)高能粒子進(jìn)入地球大氣層時(shí)的“痕跡”，獲得了它們?cè)谛碌哪芰繀^(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)。這一發(fā)現(xiàn)幫助我們更深刻理解宇宙射線電子，也為該領(lǐng)域的研究提供了新的參考。