本报讯 近日,记者从中国科技大学获悉,该校核科学技术学院胡广月副教授和地球和空间科学学院陆全明教授合作的科研团队,在高能宇宙射线费米加速的实验室研究方面取得重要进展,首次观测到磁化无碰撞冲击波中“费米加速循环”的单次反射加速过程产生的准单能离子。该研究成果于近日在线发表在国际知名学术期刊《科学·进展》上。
无碰撞冲击波是宇宙中最强大的粒子加速器,带电粒子在无碰撞冲击波上下游之间反射时会获得加速、上下游之间多次循环加速产生了幂律谱的高能宇宙射线。最早由费米提出的这种磁化无碰撞冲击波中“费米加速循环”被认为是宇宙中高能带电粒子的主要加速机制。
然而由于空间探测的不足,无碰撞冲击波的形成和演化以及高能宇宙射线的加速过程仍然缺乏全面的理解,目前对高能宇宙射线“费米加速循环”的单次反射加速过程还缺乏实验观测,对于哪种预加速机制占主导的问题仍有较大争议。
据介绍,研究团队利用上海“神光II”大型激光装置烧蚀靶物质产生的高速等离子体流,在磁化背景等离子体中驱动产生了速度~400km/s、磁声马赫数~6的超临界磁化无碰撞冲击波,测量到 2-4 倍于冲击波速度的准单能离子,这是首次在实验室内观测到磁化无碰撞冲击波中“费米加速循环”对离子的单次反射加速现象,与卫星在地球“弓形波”中探测到的现象一致。
研究者表示,由此可见实验室研究可以补充遥感及飞行器探测的不足,该成果有望显著促进高能宇宙射线研究的发展,实验中观测到的相关数据也为改进激光驱动的离子加速器设计提供了参考。
(本报记者)