5月17日，國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高海拔宇宙線觀測(cè)站”（LHAASO）在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量超高能宇宙加速器，并記錄到能量達(dá)1.4拍電子伏（PeV，拍=千萬(wàn)億）的伽馬光子，這是人類迄今觀測(cè)到的最高能量光子，突破了對(duì)銀河系粒子加速的傳統(tǒng)認(rèn)知，開啟了“超高能伽馬天文學(xué)”時(shí)代。

這些發(fā)現(xiàn)和我們?nèi)粘Ｓ惺裁搓P(guān)系？每時(shí)每刻造訪地球的宇宙線對(duì)人體有害嗎？LHAASO項(xiàng)目首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員曹臻給出了答案。

每時(shí)每刻光顧地球的宇宙線對(duì)人體有害嗎？

沒有。因?yàn)槌吣艿墓庾臃浅Ｉ伲襁@次發(fā)現(xiàn)的“拍電子伏宇宙加速器（PeVatron）”周圍產(chǎn)生的“超高能伽馬光子”信號(hào)非常弱，即便是被稱為“伽馬天文標(biāo)準(zhǔn)燭光”的蟹狀星云發(fā)射出來的能量超過1 PeV的光子在一年內(nèi)落在一平方公里的面積上也就1到2個(gè)，而這1到2個(gè)光子還被淹沒在幾萬(wàn)個(gè)通常的宇宙線事例之中，非常稀少。

其次，我們的地球有個(gè)保護(hù)膜，就是大氣層。大氣層雖然感覺看起來很“稀薄”，但高能量粒子穿透它時(shí)會(huì)撞到里面的氮、氧等原子核，產(chǎn)生簇射過程，能量會(huì)被分解掉。經(jīng)過分解后，落在人身上的能量就不高了。

我們?nèi)祟惥褪窃谶@個(gè)環(huán)境中演化而來的，這些粒子也是我們的生存環(huán)境之一。人類生活的環(huán)境大多處于海拔1000米-2000米范圍內(nèi)，被大氣層保護(hù)得很好，這也是我們能夠在地球上世代繁衍的原因。

上述發(fā)現(xiàn)對(duì)我們的生活有什么影響？

高能量的加速器目前還沒直接進(jìn)入日常生活，但根據(jù)其原理建造的縮小版加速器已經(jīng)變成醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)探傷的重要手段。比如在一些大型醫(yī)院里，加速器作為腫瘤治療的基本手段，已經(jīng)進(jìn)入我們的生活。

我們?cè)跂|莞建設(shè)的散裂中子源，就是一個(gè)非常大的加速器。其產(chǎn)生的中子束流，其中一個(gè)作用就是用于治療腫瘤的研究。近日我們高能所開戰(zhàn)略研討會(huì)，其中兩個(gè)報(bào)告就談到，用中子源進(jìn)行腫瘤治療，效果很好。高能量的加速器，對(duì)生活會(huì)越來越重要。

大科學(xué)裝置的建設(shè)，對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來提升和影響。我們使用的設(shè)備幾乎都靠自主發(fā)明和制造，對(duì)相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)提出苛刻的要求。生產(chǎn)制造企業(yè)通過和我們的合作，不斷改進(jìn)技術(shù)，一些技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。比如我們使用的光電倍增管，有半米長(zhǎng)，日本的售價(jià)賣到了6萬(wàn)至7萬(wàn)元一支。我們幫助南京的一家企業(yè)成功突破了這個(gè)設(shè)備，還用到更好的技術(shù)，日本的價(jià)格一下降到2萬(wàn)元左右。

宇宙線的研究有什么意義？

宇宙線攜帶著宇宙起源、天體演化、太陽(yáng)活動(dòng)及地球空間環(huán)境等重要科學(xué)信息，研究宇宙線及其起源是人類探索宇宙的重要途徑。

人類對(duì)粒子物理的認(rèn)知，從宇宙線發(fā)現(xiàn)單個(gè)粒子的存在，到現(xiàn)在對(duì)整個(gè)粒子家族和相互作用標(biāo)準(zhǔn)模型、整個(gè)物質(zhì)結(jié)構(gòu)有一個(gè)完整清晰的認(rèn)識(shí)，花了一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間，就是靠加速器實(shí)現(xiàn)的。

人類建加速器的歷史不長(zhǎng)，上世紀(jì)50年代才有大規(guī)模的粒子加速器建設(shè)起來，最大的比我們桌子大不了多少。上世紀(jì)末有了重大突破，達(dá)到27公里周長(zhǎng)的規(guī)模。

我們糾結(jié)的是，現(xiàn)在建加速器的方法，基本是上世紀(jì)50年代的方法。要建很大的加速器，只能越做越大。新的現(xiàn)象可能帶來新的理論，我們可以基于此次發(fā)現(xiàn)探究其源頭，學(xué)習(xí)宇宙加速器的機(jī)制。

LHAASO的這些發(fā)現(xiàn)，為什么說改變了我們對(duì)銀河系粒子加速的傳統(tǒng)認(rèn)知？

大家普遍認(rèn)為，銀河系并不是非常活動(dòng)劇烈的星系，質(zhì)量和活躍程度都很中庸。因此得出結(jié)論，銀河系的天體也不是很活躍，不應(yīng)該產(chǎn)生能量特別高的粒子。故此推斷測(cè)量到的高能量粒子產(chǎn)生于其他星系。這是我們對(duì)傳統(tǒng)銀河系的認(rèn)知。但是LHAASO觀測(cè)到，銀河系里有一些天區(qū)，比如天鵝座，充滿了非常多的大質(zhì)量恒星。這些恒星質(zhì)量大，不穩(wěn)定，快速死亡，快速產(chǎn)生。這樣的恒星形成區(qū)產(chǎn)生高能量粒子，就是稀松平常的事兒了。

因此，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了能量超過拍電子伏的光子，來自天鵝座內(nèi)非常活躍的恒星形成區(qū)。證明銀河系并不這么溫和穩(wěn)定，只是我們所處的太陽(yáng)系位置比較邊緣，比較穩(wěn)定。

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Miranda

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