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CERNL3宇宙线实验探测到宇宙线的月亮阴影

 

最近, 欧洲粒子物理中心的科学杂志CERN COURIER(快报)6期的新闻栏目报道了一则消息:L3宇宙线实验观测到初级宇宙线的月亮阴影。

L3 宇宙线实验(简称L3+C)是一个国际合作实验项目。中国科学院高能物理研究所是它的主要成员之一。在科技部、基金委和科学院的支持下,对它的建造、运行和数据分析做了重要贡献。该实验利用位于日内瓦欧洲粒子物理中心(CERN30米深地下的L3大型磁谱仪中的μ子探测器为主体做有关的宇宙线研究。L3+C实验从19994月到2000年底停止数据获取时已经采集了约120亿个宇宙线μ子事例。这个实验的主要目的之一是精确测量202000 GeV能量范围内的宇宙线μ子能谱,在低能端这一测量会直接提高大气μ中微子能谱的计算精度, 对于由大气中微子的实验观测来推断中微子振荡的物理结果具有重要意义。该实验组其他正在进行的研究题目还包括寻找点源的爆发信号寻找奇异粒子,以及综合地面闪烁探测器阵列来研究能量在1015 eV左右的超高能宇宙线的成份等等对月影的测量只是其中的一个感兴趣的课题。寻找新的物理现象则是中国的科学家致力于这一实验的主要目的。

能够到达地球附近的高能宇宙线粒子(主要是质子)通常被称为初级宇宙线。它们进入地球并和地球大气相互作用, 会产生各种次级粒子,其中包括大量的μ, 可以到达地面, 而且能穿透至地下深处。来自同一个初级宇宙线粒子的这些μ子分享着一部分原初粒子的能量一个高能μ子的方向可以反映出产生它们的初级宇宙线粒子进入地球前的入射方向。不管宇宙线粒子的产生和在宇宙空间加速和传播的过程有多复杂在其飞向地球时如果碰到月亮,就会被月亮阻挡吸收而流量减少,因而使相应的次级μ子的数目在月亮所在方向上也减少,形成所谓的月亮阴影。

由于带电的原初宇宙线粒子穿过地磁场时,带正电的质子会向东偏移,从而使得由质子引起的月亮阴影向西偏移。如果宇宙线中有反质子存在,由反质子引起的月亮阴影就会向东偏移。这一性质可以被用来估计宇宙线反质子与质子流量的比例。已经知道,月影偏移的程度依赖于原初粒子的动量。动量过低,偏移过大,月影过于发散而不能被观察到;动量过高,月影偏移过小或没有偏移,也不能用于观察反质子引起的效应。L3宇宙线实验观测的能区适中,观察到的月影偏移在0.2度到1.0度之间,正好可以用于估计几百GeV1TeV的宇宙线反质子和质子的比例,是研究这个重要物理问题比较理想的能区。这个能区比目前世界上直接测量正反质子比所达到的能量区(低于50GeV)高得多。L3+C第一次得出了在1TeV能区反质子和质子比例的上限值为0.19

对月影的研究不仅在物理上有重要意义,而且还为标定探测器的角分辨能力提供了直接的、重要的依据。 结果表明L3+C实验对月影有优于0.2度的定位精度。这一结果对正在进行的其他课题的研究是一个直接的支持。

                                            (粒子天体物理研究中心)

 

 

(: 1 GeV = 109 eV,  1 TeV = 1012 eV )

 

 

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数据最后更新日期 02-08-19