曼彻斯特的天体物理学家将帮助“解锁”罕见宇宙射线的奥秘 科学家们设计并建造了一个原型粒子探测器，旨在解开罕见宇宙射线进入地球大气层的深空带来的一些奥秘。宇宙射线主要由高能量的原子核和其他粒子组成，在太空中以接近光速行进。其中最强大的宇宙射线包含的能量比瑞士CERN大型强子对撞机中被加速的粒子高出近一千万倍。尽管物理学家和天文学家们对宇宙射线的存在已知道了一百多年，但是对它们来自何处以及它们所组成的粒子了解甚少。研究人员们试图探测和分析这些射线的挑战在于它们非常罕见，一个天文台每小时只能看到一两个能量更高的射线。乔德雷尔银行天文台最初成立是为了帮助天文学家利用无线电天线研究宇宙射线。现在，作为一个国际合作团队的一部分，驻扎在乔德雷尔天体物理学中心的贾斯汀·布雷博士和拉尔夫·斯宾塞教授设计并建造了一台新型粒子探测器，它将与下一代无线电望远镜一起工作，例如Square Kilometre Array (SKA) 望远镜。这个原型目前首次被部署和测试在澳大利亚西部的Murchison Widefield Array (MWA) 望远镜上，这也将是SKA的低频天线的安置地点。布雷博士的团队是SKA高能宇宙粒子组，自2016年由他和克兰西·詹姆斯博士领导。这个团队包括来自澳大利亚科廷大学和CSIRO天文与空间科学研究所、德国卡尔斯鲁厄理工学院以及荷兰射电天文学研究所ASTRO的国际研究人员。新粒子探测器与SKA望远镜密集配置的无线电天线相结合，科学家们将能够广泛测量与宇宙射线相互作用产生的无线电辐射。这将有助于更容易地了解宇宙射线本身的特性。布雷博士表示：“我们想要测量的宇宙射线的关键属性是它们由什么类型的粒子组成。我们知道它们是原子核，剥夺了所有电子，包含从氢到铁的元素混合。但它们具体由什么组成的混合物难以辨别。如果我们能找出这些信息，将为我们提供关于它们是如何产生和传播到我们这里的关键信息。” 它们是如何到达地球以及旅行多远是自1912年宇宙射线被发现以来困扰着科学家的问题。普遍认为最高能量的宇宙射线来自银河系外，较低能量的来自银河系内，可能来自超新星遗迹，但这尚未得到确认。布雷博士补充说：“他们到达地球的距离是一个未解决的重要科学问题。如果我们能帮助解答这个问题将是令人惊人的。” 这台探测器的工作原理是分析宇宙射线撞击大气层后到达地面的粒子，产生了地球上不常见的“奇异粒子”。布雷博士解释道：“当宇宙射线撞击地球的上层大气时，它会撞击一个氮或氧核，产生一连串的奇异粒子，包括介子和τ介子。当它们到达地面时，残存的粒子大多是μ子、电子、正电子、γ射线和中微子。我们正在建造的粒子探测器将检测到这些级联到达地面的μ子、电子和正电子。因此当它启动时，告诉我们几微秒前在探测器上方的上层大气中有一个宇宙射线相互作用。”愿您有所收获。
