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宇宙线研究进展-中国科学院高能物理研究所
1932, e+ 1937, μ 1947, π、Κ、Λ、Σ…
发现新粒子, 了解电磁相互作用, 了解弱相互作用, 初步探索强相互作用.
’50 初,建造高能加速器成为必然趋势. 以加速器实验为基础,粒子物理获得巨大发 展. 到‘70,电弱统一和QCD相继发展成熟, “粒子物理的标准模型”. 标准模型又被随后几乎所有的新实验结果所 证实. 预言的一些粒子(除Higgs粒子)相继被发现.
• • • • • 地下 8 万吨水契仑可夫探测器; 3000 km2 的广延大气簇射阵列; 大型精密空间磁谱仪; 大气契仑可夫成像望远镜阵列; 250 kg 高纯NaI暗物质探测器; 等.
正在筹建的具代表性的如:
• • • ICEcube,1 km3 冰契仑可夫探测器; OWL和EUSO,覆盖~10万 km2面积的极高能宇宙 线探测器; 地中海和贝加尔湖的深水契仑可夫探测器; 等.
二、宇宙学的最新进展
热大爆炸宇宙学的成功. 粒子物理新理论预言的所有粒子,所有相 互作用在早期宇宙的极高温条件下都 曾存在. 在宇宙膨胀、温度降低、在相应的对称性 破缺的相变中,相应的粒子就可能保 留下来,稳定的粒子就可能存活到今 天,成为今日宇宙线的一个组分.
‘80以后,近期的宇宙线研究
主要的物理目标: 寻找暗物质粒子, 寻找反物质粒子, 寻找质子衰变信号和磁单极子, 寻找恒星塌缩中微子, 观测太阳中微子、大气中微子, 极高能量的宇宙线, 具体的宇宙线源,等.
到上一世纪’80 初,宇宙线的观测和 研究大致经历了:
• • • • 地面宇宙线现象学; 发现新粒子,了解粒子相互作用; 超高能宇宙线作用; 日地空间、太阳宇宙线、银河宇宙线.
八十年代初以后:
超过标准模型的粒子物理和宇宙学的结合.
两个方面的动因: 一、粒子物理的最新发展
在“非一般物理条件下”,需要新的理论; 具有更大对称性的理论,更大范围力的统一的 理论. → 大统一、超对称、弦理论等. 对其检验和甄选,很难再依靠加速器实验,而 非加速器实验(其中许多是宇宙线实验)则 可以提供不可替代的机会.
这一特质,决定了宇宙线研究所具有的生命力. 近二十年,这一特质愈为充分地在宇宙线研究中显现.
1912年发现.
1912 - ’30 初,早期的宇宙线研究阶段.
地面上(大气层下)宇宙线的特性: 强度随经度、纬度、方向、高度、时间等 的变化. 大气层下宇宙线的现象学ห้องสมุดไป่ตู้究.
’30 初—’50 初,中期的宇宙线研究阶段.
’50 以后,宇宙线研究重点向两个方面转移:
1. 走向更高的能区
高于加速器能区的粒子相互作用研究, 观测广延大气簇射,
宇宙线能谱延续到1020eV以上 .
2. 走向空间观测
地外空间的宇宙线令人耳目一新.
辐射带、太阳风、太阳质子, 宇宙线元素丰度, 重核同位素, 时钟同位素, 等.
日地空间环境, 太阳宇宙线, 银河宇宙线的起源、加速和传播.
重要研究的结果有:
SN1987A中微子,第一次观察到恒星塌缩中微 子; 太阳中微子和大气中微子的观测,中微子振荡 的证据; >1020eV累积了~20个事例,引发了十分活跃 的物理研究; 在~TeV能区,确认了十来个银河的和河外的 高能粒子源.
已经(或正在)建造一系列大型、精密的宇宙线观 测设备,具代表性的如:
宇宙线研究进展
几十年来,何先生一直以极大的热情,持续 地关注和支持我国的宇宙线研究:
研究方向的开拓, 研究课题的建立, 人员、经费, 指导、鼓励.
对宇宙线学科意义的重视 , 对相关学科之间深刻联系的洞察.
宇宙线—人们唯一可以获得的来自太阳系外的物质样品.
宇宙线是微观粒子,属于“非常小”的微观世界; 宇宙线来自宇宙空间,联系于“非常大”的宇观世界. 天然地将非常小的世界与非常大的世界相联系.
前所未有地,天文学的发现极大地影响着 粒子物理的前沿研究; 前所未有地,粒子物理的建树极大地影响 着天体物理及宇宙物理的进展;
大自然的两个极端,非常大的宇观世界和 非常小的微观世界,所提出的问题缠 绕在一起。
宇宙线研究,既具有联系着两个世界的特 质,定会继续发挥重要的作用。
祝何泽慧先生健康长寿!