我國發現最高能量光子 　開啟「超高能伽馬天文學」時代

（香港文匯網記者 劉凝哲 北京報道）國家重大科技基礎設施「高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）」在銀河系內發現大量超高能宇宙加速器，並記錄到能量達1.4拍電子伏的伽馬光子（拍=千萬億），這是人類觀測到的最高能量光子，突破了人類對銀河系粒子加速的傳統認知，開啟了 「超高能伽馬天文學」的時代。上述發現在2021年5月17日發表在《Nature》（自然）上。該研究工作由中國科學院高能物理研究所牽頭的LHAASO國際合作組完成。

高海拔宇宙線觀測站尚在建設中，這次報道的成果是基於已經建成的1/2規模探測裝置，在2020年內11個月的觀測數據。科學家發現最高能量的光子來自天鵝座內非常活躍的恆星形成區，還發現了12個穩定伽馬射線源，光子能量一直延伸到1 拍電子伏附近，這是位於LHAASO視場內最明亮的一批銀河系伽馬射線源，測到的伽馬光子信號高於背景7倍標準偏差以上，源的位置測量精度優於0.3°。

值得一提的是，雖然這次使用的數據還很有限，但所有能被LHAASO觀測到的源，它們都具有0.1拍電子伏以上的伽馬輻射，也叫「超高能伽馬輻射」。這表明銀河系內遍布拍電子伏加速器，而人類在地球上建造的最大加速器（歐洲核子研究中心的LHC）只能將粒子加速到0.01拍電子伏。銀河系內的宇宙線加速器存在能量極限是個「常識」，過去預言的極限就在拍電子伏附近，從而預言的伽馬射線能譜在0.1 拍電子伏附近會有「截斷」現象，LHAASO的結果完全突破了這個「極限」。這些發現開啟了 「超高能伽馬天文」觀測時代，表明年輕的大質量星團、超新星遺迹、脈衝星風雲等是銀河系內加速超高能宇宙線的最佳候選天體，有助於破解宇宙線起源這個「世紀之謎」。 LHAASO的結果表明，科學家們需要重新認識銀河系高能粒子的產生、傳播機制，進一步研究極端天體現象及其相關的物理過程，並在極端條件下檢驗基本物理規律。

目前，中國的宇宙線實驗研究經歷了三個階段。1954年，中國第一個高山宇宙線實驗室在海拔3180米的雲南東川落雪山建成。1989年，在海拔4300米的西藏羊八井啟動了中日合作的宇宙線實驗；2000年，啟動中意ARGO實驗。2009年，在北京香山科學會議上，曹臻研究員提出在高海拔地區建設大型複合探測陣列「高海拔宇宙線觀測站」的完整構想。LHAASO的主體工程於2017年開始建設，2019年4月完成1/4的規模建設並投入科學運行。2020年1月，LHAASO完成了1/2規模的建設並投入運行，同年12月完成3/4規模並投入運行。2021年，LHAASO陣列將全部建成，成為國際領先的超高能伽馬探測裝置，投入長期運行，從多個方面展開宇宙線起源的探索性研究。