科學家探測到最高能宇宙射線電子

科技日報北京11月26日電 （記者張夢然）包括德國馬克斯普朗克核物理研究所在內的團隊，利用高能立體望遠鏡系統（H.E.S.S.）取得了一項重大發現——在地球上探測到了迄今為止能量最高的宇宙射線電子。這項發現填補了此前未被探索的能量區間，預計在未來數年內將持續作為該領域研究的參考標準。相關結果發表在最新一期《物理評論快報》上。

宇宙中，超新星遺蹟、脈衝星及活躍星系核等天體能夠發射出極高能量的帶電粒子和伽馬射線，其能量水平遠超恆星內部核聚變過程產生的能量。

其中帶電粒子的情況十分複雜。這些電子和正電子被稱為宇宙射線電子（CRe），其能量超過1萬億電子伏特（TeV），比可見光高10000億倍。但因為它們不斷受到宇宙中各處磁場的衝擊，而且是從各個方向撞擊地球。探測如此高能量的電子和正電子是一項巨大的挑戰。空間探測器由於探測面積有限，通常難以捕捉到足夠的這類粒子樣本。相比之下，地面設備則通過觀察宇宙射線在地球大氣層中引發的粒子級聯，可間接探測宇宙射線的存在。

此次，H.E.S.S.系統利用多座大型望遠鏡，捕捉並記錄了高能粒子和光子進入地球大氣層時產生的微弱切倫科夫輻射及其伴隨的粒子級聯。通過對四台直徑12米的望遠鏡長達十年間收集的數據進行深入分析，並採用新的、更為高效的篩選算法，科學家成功地從大量的背景噪聲中分離出了CRe信號。此次分析產生了前所未有的CRe統計數據，特別是首次獲得了最高達40TeV能量範圍內的CRe數據，揭示了宇宙射線電子能量分佈中一個顯著的變化點。

這一發現向人們揭示了宇宙演化過程中各事件所能釋放出的巨大能量，也使得科學家首次能夠對宇宙電子起源設定嚴格的限制條件。

【總編輯圈點】

很多時候，我們無法直接探測到某些粒子，只能根據粒子活動產生的痕跡來倒推粒子的性質。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，對它直接展開研究並不容易。此次，科研人員利用高能立體望遠鏡系統，輔以更新的算法，根據高能粒子進入地球大氣層時的“痕跡”，獲得了它們在新的能量區間內的數據。這一發現幫助我們更深刻理解宇宙射線電子，也為該領域的研究提供了新的參考。