位於海拔4300米的西藏ASγ實驗取得重大突破

　　西藏羊八井ASγ實驗。圖由中科院高能物理研究所提供

　　近日，中日合作西藏ASγ實驗觀測到迄今為止最高能量的彌散伽馬射線輻射，最高能量達957　TeV，　接近1PeV（1000萬億電子伏特）﹔這些超高能伽馬射線的方向並沒有指向已知的低能段伽馬射線源，而是彌漫分布在銀盤（銀河系在天空的投影）上。這是國際上首次發現拍電子伏特宇宙線加速器（“PeVatron”）在銀河系中廣泛存在的証據。該結果被美國物理學會（APS）評論為研究高能宇宙線起源“世紀之迷”的裡程碑。記者　趙越　實習記者　車軍偉

　　記者了解到，此次相關觀測結果以“First　Detection　of　 sub－PeV　Diffuse　Gamma　Rays　from　the　Galactic　Disk：　Evidence　for　 Ubiquitous　Galactic　Cosmic　Rays　beyond　PeV　 Energies”為題，2021年4月5日在美國《物理評論快報》（Physics　Review　 Letters，簡稱PRL）正式發表，並被作為高亮點論文加以推薦。美國物理學會（APS）屆時將主持召開國際新聞發布會，請ASγ實驗組中日兩國科學家向國際媒體公布這一重大成果，並特邀領域專家對該成果進行解讀。

　　高能宇宙線起源是一個世紀未解之謎，被美國國家研究委員會列為21世紀11個最前沿的科學問題之一。宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子流，主要由質子和其他原子核組成。通常低於幾個　 PeV能量的宇宙線被認為主要產生於銀河系內，而能將宇宙線加速到PeV能量的天體也被稱為是“拍電子伏特宇宙線加速器”（“PeVatron”）。根據理論模型，超新星遺跡、恆星形成區和銀河系中心的超大質量黑洞等是候選的“PeVatrons”，但迄今為止並沒有任何一個“PeVatrons”得到觀測証實，其主要困難在於，帶電的高能宇宙線粒子在銀河系傳播的過程中其運動方向會被磁場偏轉，無法通過直接探測搜尋其源頭方向。

　　高能宇宙線在傳播過程中與星際介質碰撞可以產生能量約為宇宙線母粒子能量十分之一的高能伽馬射線（被稱為是“強子起源”的伽馬射線）﹔高能伽馬射線不帶電，沿直線傳播。這次ASγ實驗在銀盤上發現超高能彌散伽馬射線，其能譜特征與PeV能量宇宙線和銀河系分子雲碰撞產生伽馬射線的模型預言相符，就像是“PeVatron”在銀河系內留下的一串串“足跡”，是“PeVatron”存在於銀河系的重要証據。

　　西藏ASγ實驗位於海拔4300米的西藏羊八井鎮。2014年，ASγ實驗團隊在現有65000平方米宇宙線表面陣列下面，增設了有效面積3400平方米的創新型的地下繆子水切倫科夫探測陣列，用於探測宇宙線質子與地球大氣作用產生的繆子。在本項工作中，ASγ實驗組綜合利用地面和地下探測器陣列的數據，將100TeV以上的宇宙線背景噪聲壓低到百萬分之一，從而極大地提高了伽馬射線探測的靈敏度。這是ASγ實驗近年來取得系列重大發現的關鍵技術基礎。

　　ASγ實驗組由中科院高能物理研究所、中科院國家天文台等國內12個合作單位以及日本東京大學宇宙線研究所等16個日方合作單位組成。此次重要發現是中日合作雙方30年持之以恆、不斷創新、不斷努力的結果。該項目得到中國科學技術部、中國國家自然科學基金委員會、中國科學院及日本文部省、學術振興會（JSPS）等機構的支持。實驗在西藏30年的建設與運行得到了西藏自治區各級政府及西藏大學的大力支持。