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空气簇射空气簇射实验

2022/07/16147 作者:佚名
导读:自从奥格尔发现了广延空气簇射时起,科学家们就在世界各地的一些荒凉不毛之地建造了越来越大的探测器阵列。 但直到20世纪60年代初,还没有专门为探索能量超过10eV的最高能粒子的起源建造足够大的阵列。麻省技术研究所罗西(Bruno Benedetto Rossi,1905-1993)研究组,在用闪烁探测器测量空气簇射的技术上作出重要贡献。 林斯利(John Linsley,1925-2002)领导的研

自从奥格尔发现了广延空气簇射时起,科学家们就在世界各地的一些荒凉不毛之地建造了越来越大的探测器阵列。

但直到20世纪60年代初,还没有专门为探索能量超过10eV的最高能粒子的起源建造足够大的阵列。麻省技术研究所罗西(Bruno Benedetto Rossi,1905-1993)研究组,在用闪烁探测器测量空气簇射的技术上作出重要贡献。

林斯利(John Linsley,1925-2002)领导的研究组在新墨西哥州遥远的火山牧场区(Volcano Ranch)建造和操作着这个新的阵列。第一套巨型阵列由19台探测器组成,每台的面积是33平方米,分布在8平方公里面积的地面上。火山牧场阵列运行了3年,搜集到能量高于10eV的簇射1000次,为有关知识基础作出了基本贡献。

林斯利通过他的阵列还获得了一项和各向同性结果同样重要,但更激动人心的发现。1962年的一天有个特别的空气簇射降临到阵列上,广阔分布的探测器探测到很大数量的簇射粒子。一般典型的簇射只有四五个探测器记录下粒子通过,而这个特别的簇射有15个探测器作出记录,粒子数比通常的簇射多得多。详细分析之后得出的结论是,这次簇射是由一个能量超过10eV的宇宙射线粒子激发出来的,它是那时观测到的具有最高能量的粒子,它比用奥格尔的先驱空气簇射实验探测到的粒子的能量大100,000倍。这个结果发表在《物理学评论通讯》(1963年)上,引起了广泛的关注。这个宇宙射线粒子的奇异本性于3年之后,其重大意义显得更加突出。人们认识到,这样巨大能量的宇宙射线将同大爆炸火球遗留下来的冷却辐射发生强烈的相互作用。

建在东京以西200公里明野(Akeno)地区的巨型空气簇射阵列AGASA (Akeno Giant Air Shower Array)由小到大,面积从1984年的1平方公里至20平方公里,到1991年的100平方公里,观测站在视野和重要性方面也由小变大。100平方公里的巨型阵列使用了111个塑料闪烁探测器,用来测量到达地面的空气簇射,天顶角(zenith angle)约涵盖至45度。另外还有27个混凝土覆盖着的附加探测器,为测量簇射产生的贯穿力很强的μ子成分而建造。每个探测器都用光纤与中心数据收集站连结起来。

当宇宙射线粒子穿过空间时,会同充满整个宇宙的低能质子相碰撞,从而损失能量。按照爱因斯坦的狭义相对论,来自银河系以外、到达地球的宇宙射线,将遇到如此之多的减能碰撞,以至于它们最大可能的能量为5×10电子伏,这个数值被称为GZK极限。1994年,AGASA和俄罗斯西伯利亚东部的雅库次克研究小组分别报告探测到了 2 x 10电子伏特的宇宙射线。这一能量超过费米国家加速器实验室Tevatron加速器可以加速的质子能量的1亿倍。

1995-2005年,AGASA多次探测到超过GZK极限的宇宙射线。理论上它们仅能来自银河系,但天文学家在银河系却未曾发现这种宇宙射线源。一种可能是AGASA的测量结果有误,另一种可能性则是狭义相对论错了。

一个庞大的国际合作项目Auger Project将取代AGASA的地位,它将分别于南美洲的阿根廷及北美洲的美国犹他州各建立一个面积约5000平方公里的地面阵列,并将在阵列中加入数个类似HiRes的荧光探测器。Auger试图以混合地面阵列与大气荧光两种探测器的方式,了解两种探测器的差异,互相校正能量定标,解决AGASA与Fly's Eye的冲突。HiRes与SLAC(Standard Linear Accelerator Center)现正联手研究空气在不同气压、成份下的荧光效率,对HiRes能量定标的问题会有很大的帮助。2100433B

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