2021年5月17日，國際著名期刊《自然》雜(zá)志(zhì)發表了我(wǒ)國科學家的一(yī)項重要成果：在銀河系内發現了能量達1.4拍電子伏特的伽馬光子，相當于可見光能量的千萬億倍！這是人類迄今爲止探測到的最高能量的光子。

與此同時，科學家還觀測到銀河系内存在大(dà)量天然的 “超高能宇宙線加速器”。該發現改變了人類對銀河系的傳統認知(zhī)，開(kāi)啓了“超高能伽馬天文學”時代。

上面這段話(huà)，是否感覺每個字都認識，但讀完之後還是覺得似懂非懂呢？不懂是正常現象。因爲本來高能物(wù)理就是物(wù)理學皇冠上的明珠，是非常窄重的領域，再加上這又(yòu)是一(yī)項最新的成果。我(wǒ)們在這裏把物(wù)理名詞一(yī)個個拆解一(yī)下(xià)，詳細解讀。

什麽是1.4拍電子伏特伽馬光子？

拍（P）是一(yī)個單位，代表10^15次方，也就是1千萬億。例如，目前硬盤的容量能夠達到1T，1P等于1000T。

“電子伏特”是能量的單位，通常在微觀領域使用，表示一(yī)個電子通過1伏特的電壓所獲得的能量。例如，當一(yī)個電子從一(yī)節1.5伏的幹電池的負極運動到正極，就能獲得1.5電子伏特的能量。我(wǒ)們周圍，可見光的能量大(dà)約就是幾個電子伏特。

能量的主單位是焦耳，1焦耳相當于625億億電子伏特。而你的手掌，在1秒内就能釋放(fàng)大(dà)約1焦耳能量。可見，在宏觀領域，電子伏特是非常小(xiǎo)的單位。

大(dà)家可能都聽(tīng)說過，光具有波粒二象性，在電磁波譜能量比較高的一(yī)端，光的粒子性比較顯著，當光子的能量達到100千電子伏特以上時，人們就開(kāi)始稱其爲伽馬光子。通常，某些原子核的衰變能夠産生(shēng)伽馬光子，例如能夠治療腦腫瘤的“伽馬刀”，就是利用钴60釋放(fàng)的伽馬射線殺死腫瘤細胞。

我(wǒ)們每年的例行體(tǐ)檢中(zhōng)都會拍胸片，則是利用的比伽馬光子能量低一(yī)些的X光子。

綜上所述，也就是說，這次我(wǒ)國科學家利用新建的高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）觀測到了能量爲1.4拍電子伏特的伽馬光子，能量比普通的伽馬光子要大(dà)幾十億倍。

發現這種拍電子伏特光子有什麽意義嗎(ma)？

理論上，單個光子的能量似乎沒有上限，著名科幻小(xiǎo)說《三體(tǐ)》中(zhōng)描繪說，宇宙中(zhōng)的超級文明通過釋放(fàng)“光粒”就能摧毀一(yī)顆恒星。

但現實中(zhōng)，來自宇宙中(zhōng)的高能光子的能量有一(yī)個較明确的上限，這個上限是由于宇宙中(zhōng)到處充斥着宇宙微波背景輻射的緣故。微波背景輻射無處不在，古老電視屏幕跳動的雪花中(zhōng)，大(dà)約有1%是由于微波背景輻射幹擾的結果。

當高能光子遇到宇宙微波背景輻射中(zhōng)的這些低能光子時，就會發生(shēng)碰撞消耗能量。理論上，當光子的能量達到拍電子伏特時，就無法繼續升高了。也就是說，這次我(wǒ)國科學家觸碰到了高能光子能量的實際上限，極限附近最容易發現新物(wù)理，當然意義重大(dà)了。

因此，該發現改變了人類對銀河系的傳統認知(zhī)，也開(kāi)啓了“超高能伽馬天文學”時代。

此外(wài)，超高能宇宙線的來源和産生(shēng)機制一(yī)直困擾着高能天體(tǐ)物(wù)理學家。其實，宇宙中(zhōng)能量更高的射線是高能質子，人類早已探測到能量比這次“拍電子伏特光子”能量還高數萬倍的高能質子，這種微觀粒子的能量可相當于一(yī)枚飛行的棒球。

但質子是帶電荷的，它們在宇宙中(zhōng)穿行的過程中(zhōng)會受到星際磁場的偏轉，因此無法追溯其來源，也就無法研究其産生(shēng)機制。高能光子則不一(yī)樣，它們是不帶電的，能夠追溯其起源的地方，也就爲研究超高能宇宙線的加速機制鎖定了研究對象。

什麽是“超高能宇宙線加速器”？

加速器就是提升帶電粒子能量的裝置，老式電視機顯像管其實就是一(yī)種加速器，能夠加速電子轟擊屏幕發光。目前，世界上最大(dà)的歐洲大(dà)型強子對撞機（LHC）也是一(yī)種類型的加速器，能夠把質子加速到99.999999%的光速，然後讓兩束這樣的近光速粒子流發生(shēng)迎頭碰撞，産生(shēng)大(dà)量次級粒子，觀察其中(zhōng)發生(shēng)的物(wù)理現象。

我(wǒ)們知(zhī)道，宇宙中(zhōng)到處都有高能粒子（射線），這些粒子的能量同樣是靠某種天然的加速機産生(shēng)，能夠産生(shēng)高能粒子的地方，就可看作宇宙天然加速器了。這些天然加速器的加速能力可了不得，這次發現的1.4拍電子伏特光子的能量相當于LHC中(zhōng)質子能量的幾百倍。

這次，我(wǒ)國新建的高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）除發現了這顆能量達1.4拍電子伏特的光子之外(wài)，還發現了12個“拍電子伏特超高能宇宙線加速器”，這表明銀河系内普遍存在此種類型的天然加速器。

這些高能粒子的加速機制是什麽呢？現有的高能粒子加速機制，已無法完美解釋本次的新發現，亟需構建新的理論模型。

什麽是高海拔宇宙線觀測站？

高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，Large High Altitude Air Shower Observatory）是世界上海拔最高（4410米）、規模最大(dà)、靈敏度最強的宇宙線探測裝置。

高海拔宇宙線觀測站位于中(zhōng)國四川省稻城縣海子山，占地面積約1.36平方公裏。其核心科學目标是：探索高能宇宙線起源以及相關的宇宙演化和高能天體(tǐ)活動，并尋找暗物(wù)質；廣泛搜索宇宙中(zhōng)尤其是銀河系内部的伽馬射線源，并精确測量它們的能譜；揭示宇宙線加速和傳播的規律，探索新物(wù)理前沿。

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