研究成果

宇宙线主要由恒星演化的核聚变过程产生的高能粒子和原子核构成，是来自宇宙深处的唯一物质样本，也是极端条件下天体环境和物理规律的重要信息来源，宇宙线的起源是当代物理学最重要的科学问题之一。


传统理论认为，初级宇宙线主要是在恒星爆炸等天体物理源中产生和加速的，包括氦、碳、氧、氖、镁、硅、铁等原子核，次级宇宙线则主要是由初级宇宙线在银河系传播过程中与星际物质碰撞产生的，包括锂、铍、硼、氟等原子核。同时，以往受实验观测数据精度的限制，仅将宇宙线分为初级宇宙线和次级宇宙线两类，且两类宇宙线内部并无类型区分。

AMS分析团队以前所未有的精度分析了大量原子核能谱数据，首次发现初级宇宙线中，高能量宇宙线轻原子核氦、碳、氧的能谱特征与重原子核氖、镁、硅的能谱特征不同，是两种不同的“初级宇宙线”；次级宇宙线中，较重的氟与较轻的锂、铍、硼具有不同的能谱特征，表明其具有不同的传播过程，是两种不同的“次级宇宙线”；而氮、钠、铝则既有初级宇宙线成分，也有次级宇宙线成分，属于一类新的宇宙线，称为“第三类宇宙线”；发现了质量更重的初级宇宙线铁原子核能谱反而与质量较轻的氦、碳、氧属于同一种初级宇宙线，对现有理论提出了新的挑战；宇宙线硫原子核与氖、镁、硅属于同一种初级宇宙线，而碳、氖、镁、硫等初级宇宙线中均含有不可忽略的次级宇宙线成分。


这些结果加深了人类对于宇宙线起源与传播的理解，打破了现有宇宙线理论的固有认知，为发展新的理论模型提供了重要依据。高研院主要参与完成的AMS宇宙线原子核能谱重建工作共5篇，均发表于国际顶尖期刊《物理评论快报（Physical Review Letters）》，其中2篇获编辑推荐，2篇由美国物理学会《物理（Physics）》杂志发表亮点文章评论。