宇宙線傳播及宇宙線能譜異常起源的研究.pdf

1、宇宙線被物理學家喻為神秘的天外來客,它是來自地球之外的高能微觀粒子。自1912年發(fā)現(xiàn)宇宙線至今已有一百年時間,在這期間人們對宇宙線進行了連續(xù)不斷的實驗探測和理論研究。但是到目前為止,關(guān)于宇宙線粒子的幾個根本性問題我們?nèi)匀粺o法得到清晰完美的答案,例如宇宙線的起源、加速和傳播等問題。宇宙線問題成為現(xiàn)代物理學中最重要也是最基本的問題之一。
　　本論文主要討論造成宇宙線能譜異常的原因,并利用GALPROP對兩種解釋模型中的次級粒子預(yù)期值進

2、行比較。我們首先簡述宇宙線物理的有關(guān)知識,然后對數(shù)值求解銀河系宇宙線傳播的程序包GALPROP進行詳細介紹,繼而在此基礎(chǔ)之上對近幾年宇宙線能譜異常的問題進行討論。關(guān)于宇宙線能譜的觀測,在氣球?qū)嶒濩REAM之前的觀測結(jié)果中,宇宙線的標準能譜是單一冪律譜。然而最新的CREAM實驗觀測表明,從質(zhì)子到鐵的元素能譜在～200GeV/核子能段出現(xiàn)了異常的變硬,明顯不同于一般的單一冪律譜。接著衛(wèi)星實驗PAMELA公布的最新數(shù)據(jù)顯示,質(zhì)子和氦核的能譜在

3、剛度為～200GV的地方也出現(xiàn)了拐折,而且和ATIC、CREAM的結(jié)果是自洽的,且不同于單一冪律譜。有關(guān)這一反?，F(xiàn)象的理論討論很多,本文重點討論其中的兩種:一種理論認為,這種能譜異常變硬是由宇宙線粒子注入到星際空間時非線性加速機制造成的;另一種理論則認為,能譜的拐折是臨近的單一源能譜和背景能譜疊加造成的。另外,我們要重點比較這一異常現(xiàn)象對于反質(zhì)子、正電子、伽瑪射線的預(yù)言在這兩種模型中的不同。
　　我們利用GALPROP的宇宙線擴散