Forskare vid Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) har noggrant mätt det kosmiska strålens energispektrum med alla partiklar och den genomsnittliga logaritmiska massan i intervallet 0,3–30 peta-elektronvolt (PeV). De har också upptäckt en "armbågs"-funktion i det genomsnittliga logaritmiska masspektrumet för kosmiska strålar.
Studien publicerades online i Physical Review Letters den 26 mars. Det fullbordades av LHAASOs internationella samarbete ledd av Institute of High Energy Physics (IHEP) vid den kinesiska vetenskapsakademin.
Forskare använde experimentella data från LHAASO-KM2A från september 2021 till december 2022 för att mäta energispektrumet för den kosmiska strålen med alla partiklar och den genomsnittliga logaritmiska massan i "knäområdet" med oöverträffad precision. De tillskrev inte bara knäet till de ljusa komponenterna i kosmiska strålar, det vill säga protoner och helium, utan gjorde också en banbrytande upptäckt av en armbågsliknande egenskap - en omkastning av spektrumknäet - i den logaritmiska medelmassan för första gången.
LHAASO-fynden kastar nytt ljus över ursprunget till knäet, vilket har förbryllat forskare i nästan 70 år sedan dess första upptäckt. Granskare beskrev dessa fynd som en "betydande milstolpe på området."
Forskare har fullt ut utnyttjat de betydande fördelarna med LHAASO-experimentets myondetektorer på hög höjd och stora ytor för att uppnå kalorimetriska energimätningar som avsevärt minskar energimätningens beroende av kosmisk strålnings sammansättning och hadroniska interaktionsmodeller i markbaserade experiment. Denna unika teknik har spelat en avgörande roll för att garantera noggrannheten och tillförlitligheten av fynden.
LHAASO består av vetenskaps- och teknikinfrastruktur belägen på Haizi-berget i Daocheng County, Sichuan-provinsen, Kina, på en höjd av 4 410 meter. Den inkluderar Square Kilometer Ground-Based Array (KM2A) som omfattar 5 216 elektromagnetiska partikeldetektorer och 1 188 myondetektorer; de 78 000 m 2 Water Cherenkov Detector Array (WCDA); och 18 Wide-field-of-view Cherenkov Telescope Array (WFCTA).
Den färdigställdes i juli 2021 och sattes sedan i stabil drift, vilket gör den till en ledande internationell detektionsenhet med hög känslighet, kraftfulla skyundersökningsmöjligheter och ett brett energiområde.
Mer information: Zhen Cao et al, Mätningar av all-partikelenergispektrum och medellogaritmisk massa av kosmiska strålar från 0,3 till 30 PeV med LHAASO-KM2A, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.131002
Journalinformation: Fysiska granskningsbrev
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
