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“稀有”的超高能宇宙射线严格意义上来说 ， 宇宙射线并不是射线 ， 它是一种由电子、质子或者一些重元素离子等构成的、以几乎光速的速度行进的微粒子 。 它们的形成过程 ， 依赖于宇宙运动过程中的各种高能过程 ， 比如恒星的碰撞、超新星的爆发、黑洞的吞噬等 。
宇宙射线具有各种不同的能量 ， 通常可以分为低能宇宙射线和高能宇宙射线两大类 ， 依据通量的大小 ， 它们二者的划分一般以10^14电子伏特为界 ， 低于这个值的为低能宇宙射线 ， 其通量足够大 ， 可以通过卫星或者高空仪器直接进行探测；高于这个值的为高能宇宙射线 ， 其通量较小 ， 测定其强度一般使用间接测量 ， 即通过分析原始射线与地球大气层的作用机制 ， 来反推宇宙射线的性质和强度 。
在高能宇宙射线阵营中 ， 如果能量强度高于10^15（千万亿）电子伏特 ， 那么这类的射线被科学家们称这超高能宇宙射线 。 在地球所能接收到的宇宙射线中 ， 低能宇宙射线比较普遍 ， 高能宇宙射线比较稀有 ， 而超高能宇宙射线更为稀少 。 因此 ， 长期以来 ， 天文学家认为 ， 超高宇宙射线的来源都来自于银河系之外 ， 因为银河系内部还不具备产生高达一千万亿电子伏特（PeV）的条件 。
大家对PeV这个强度似乎没有什么概念 ， 我们可以类比一下地球上目前最强大的粒子对撞机（欧洲大型强子对撞机） ， 也仅能将粒子加速到0.01PeV 。
观测超高能宇宙射线的难点以及解决方案之所以人们很难捕捉到超高能宇宙射线并且对它们进行溯源 ， 主要原因在于宇宙射线都是由带电粒子构成的 ， 这些带电粒子通过漫长的星际空间传播后 ， 会有不同程度的损耗 ， 而且在接近地球时 ， 还会受到地球磁场的影响 。 所以 ， 即使我们在地球上接收到宇宙射线 ， 我们也很难搞清楚 ， 它们衰减了多少 ， 被“弯曲”了多大程度 ， 所以很难弄清楚它们真正的“出发地”是哪里 。
不过 ， 我们除了直接寻觅宇宙射线之外 ， 可以利用搜索它们“亲戚”的方式 ， 来进行反推它们的轨迹 。 比如 ， 当宇宙射线意外地撞击了一些星际气体云时 ， 都会发生强烈的由伽马光子组成的伽马射线 ， 形成一种高能的辐射形式 ， 这些伽马射线可以直接穿越银河系和诸多星系以及空间 ， 从而方便我们给它们进行定位 ， 最终可以在附近追踪和了解到它们的起源 。
比如 ， 科学家利用位于墨西哥中南部塞拉内格拉火山的HAWC（水切伦科夫伽马射线天文台） ， 通过一系列装满超纯水的水箱来观测天空 ， 当高能粒子或者辐射进入水箱后 ， 会发生蓝色光芒 ， 从而使科学家们对射线的源头进行追踪 。
我国高海拔宇宙线观测取得重大成果【我国观测到超高能宇宙射线，强度为最大对撞机140倍，从何而来？】我国科学院高能物理研究所近日公布 ， 位于四川省稻城县海拔4410米海子山的国家重大科技基础设施－“高海拔宇宙线观测站” ， 观测到了1.4PeV的超高能伽马光子 ， 成为迄今为止 ， 世界上所有国家观测到的最高能量的光子 。
在此之前 ， 人类还没有在银河系内观测到可以将粒子加速到1PeV及以上的天体 ， 就在今年的4月初 ， 我国西藏 ASγ实验团队观测到了0.957PeV电子伏特的超高能伽马射线 ， 取得了历史性突破 。 仅过去1个多月 ， 我国的科学家们再接再厉 ， 将这个记录又向前提升了一大步 。
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