质子光谱的新转折将增强我们对宇宙射线起源的了解

塔塔基础研究所在印度乌蒂进行的 GRAPES-3 实验发现了宇宙射线质子光谱中的一个新特征，能量约为 166 太电子伏 (TeV)，同时测量了 50 TeV 的光谱范围略高于 1 拍电子伏 (PeV)。观察到的特征表明我们有可能重新评估我们对宇宙射线源、加速机制及其在银河系内传播的理解。

这项研究由 GRAPES-3 实验的首席研究员、孟买塔塔基础研究所的教员 Pravata K. Mohanty 领导。研究结果发表在《物理评论快报》上

宇宙射线是一个多世纪前发现的。它们被认为是宇宙中最具能量的粒子。我们的星球不断受到来自外太空的它们的轰炸，它们几乎从各个方向以恒定的速度均匀地轰炸。它们进入地球大气层并引发粒子簇射，几乎以光速传播到地面。簇射粒子由电子、光子、μ子、质子、中子等组成。

宇宙射线的观测能量范围非常宽(108至 1020eV)。根据幂律，宇宙射线粒子的通量随能量急剧下降。

大约七十年前发现的宇宙射线质子中大约 3 PeV 的扭结(称为“拐点”)被认为是银河系源内宇宙射线加速的最大能量。长期以来，人们一直提出对高达膝能量的宇宙射线谱的单一幂律描述，并通过各种模型进行解释。GRAPES-3 实验的观察显示了 100 TeV 以上且膝点以下的新特征。

GRAPES-3实验的研究人员利用密集阵列的塑料闪烁体探测器和大面积μ介子探测器的组合，收集了比天基探测器大数千倍的数据，从而可以更详细地检查超过 100 TeV 的宇宙射线，由于统计数据较低，天基测量缺乏精度。