科学家探测到最高能宇宙射线电子

科技日报北京11月26日电 （记者张梦然）包括德国马克斯普朗克核物理研究所在内的团队，利用高能立体望远镜系统（H.E.S.S.）取得了一项重大发现——在地球上探测到了迄今为止能量最高的宇宙射线电子。这项发现填补了此前未被探索的能量区间，预计在未来数年内将持续作为该领域研究的参考标准。相关结果发表在最新一期《物理评论快报》上。

宇宙中，超新星遗迹、脉冲星及活跃星系核等天体能够发射出极高能量的带电粒子和伽马射线，其能量水平远超恒星内部核聚变过程产生的能量。

其中带电粒子的情况十分复杂。这些电子和正电子被称为宇宙射线电子（CRe），其能量超过1万亿电子伏特（TeV），比可见光高10000亿倍。但因为它们不断受到宇宙中各处磁场的冲击，而且是从各个方向撞击地球。探测如此高能量的电子和正电子是一项巨大的挑战。空间探测器由于探测面积有限，通常难以捕捉到足够的这类粒子样本。相比之下，地面设备则通过观察宇宙射线在地球大气层中引发的粒子级联，可间接探测宇宙射线的存在。

此次，H.E.S.S.系统利用多座大型望远镜，捕捉并记录了高能粒子和光子进入地球大气层时产生的微弱切伦科夫辐射及其伴随的粒子级联。通过对四台直径12米的望远镜长达十年间收集的数据进行深入分析，并采用新的、更为高效的筛选算法，科学家成功地从大量的背景噪声中分离出了CRe信号。此次分析产生了前所未有的CRe统计数据，特别是首次获得了最高达40TeV能量范围内的CRe数据，揭示了宇宙射线电子能量分布中一个显著的变化点。

这一发现向人们揭示了宇宙演化过程中各事件所能释放出的巨大能量，也使得科学家首次能够对宇宙电子起源设定严格的限制条件。

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很多时候，我们无法直接探测到某些粒子，只能根据粒子活动产生的痕迹来倒推粒子的性质。宇宙射线电子就是这样的粒子。它们能量极高，承载了宇宙中多种“打击”，从四面八方“投奔”到地球，对它直接展开研究并不容易。此次，科研人员利用高能立体望远镜系统，辅以更新的算法，根据高能粒子进入地球大气层时的“痕迹”，获得了它们在新的能量区间内的数据。这一发现帮助我们更深刻理解宇宙射线电子，也为该领域的研究提供了新的参考。