一百多年來，科學家一直試圖了解宇宙射線，這是一種以極高能量穿越宇宙的極其強大的粒子。儘管進行了數十年的研究，但關於它們從何而來以及如何加速的許多問題仍然沒有得到解答。現在，研究人員利用 DAMPE（暗物質粒子探測器）太空望遠鏡發現了一個重要的新線索。他們的研究結果發表於： 自然它揭示了這些神秘粒子共有的一個共同特性，可以幫助科學家更了解它們的起源。
宇宙射線是自然界中觀察到的最高能量粒子。它們攜帶的能量比地球上最先進的加速器產生的粒子還要多。科學家認為它們是由宇宙中一些最劇烈的事件產生的，例如超新星爆炸、黑洞噴流和脈衝星。
DAMPE 太空望遠鏡於 2015 年 12 月發射，旨在研究宇宙射線的性質並研究與暗物質的可能關聯。該任務包括日內瓦大學 (UNIGE) 核子與粒子物理系 (DPNC) 天文物理學小組的重大貢獻。
透過檢查 DAMPE 收集的高度敏感數據，研究人員發現了初級宇宙射線核能譜的普遍模式，從輕質子到重得多的鐵核。
「宇宙射線主要由質子組成，但也包括氦、碳、氧和鐵的原子核，」UNGE理學院 DPNC 副教授、該研究的合著者 Andrii Tykhonov 解釋道。 「這些粒子也按其能量進行分類：低能量，高達數十億電子伏特；中能量，從數十億到數千億電子伏特；高能量，高達1萬億電子伏特或更高。”
科學家發現共同的宇宙射線模式
研究表明，對於所檢查的每種類型的原子核，粒子數量在達到一定閾值後開始下降得更快。科學家將這種效應稱為「光譜軟化」。
通常，隨著能量的增加，高能量宇宙射線變得不那麼可見。但 DAMPE 的觀測結果表明，下降幅度急劇增大，超過了約 15 電視（太電子伏特）的穩定值。硬度描述了粒子路徑抵抗磁場彎曲的強度。
由於許多不同類型的粒子具有相同的特性，因此這些發現有力地支持了宇宙射線加速和空間運動受固體控制的理論。同時，這些數據在很大程度上排除了基於每個核子能量（能量除以粒子中核子數量）的相反解釋。研究人員表示，這些替代模型的置信度達到 99.999%。
人工智慧和先進探測器有助於增加發現
來自日內瓦的研究人員在這項突破中發揮了重要作用。該團隊開發了先進的人工智慧方法來重建望遠鏡檢測到的粒子事件。他們還貢獻了涉及質子和氦通量的重要測量結果，並幫助分析碳核數據。
此外，日內瓦小組還領導了矽鎢追蹤器 (STK) 的開發，這是 DAMPE 的核心工具之一。此探測器對於準確追蹤粒子路徑並確定入射宇宙射線的電荷是必需的。
這些發現標誌著我們在理解宇宙射線如何形成以及它們如何穿越星系方面取得了重大進展。科學家表示，新結果對當前天文物理源中的粒子加速模型提出了更嚴格的限制，並提高了我們對高能量粒子如何穿過星際空間的理解。
