【中国科技网】我学者首次观测到高能宇宙射线费米加速的单步过程

抖音快讯 2025年02月27日 06:00 2 admin

【来源：安徽省科学技术厅_媒体聚焦】

记者25日从中国科学技术大学了解到，该校胡广月和陆全明教授合作的科研团队利用上海“神光II”高功率激光装置，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。研究成果日前在线发表在《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。磁化无碰撞冲击波中的“费米加速循环”最早是由费米提出，它被认为是宇宙中高能带电粒子的主要加速机制。在进入“费米加速循环”之前，带电粒子必须被预加速到足够大的回旋半径以实现在磁化无碰撞冲击波上下游之间反射。为此，学界提出了一些“预加速机制”解决这种“注入问题”。然而，由于空间探测的不足，学界对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，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，对哪种“预加速机制”占主导的问题仍有较大争议。

利用“神光II”大型激光装置烧蚀靶物质产生的高速等离子体流，研究团队在磁化背景等离子体中驱动产生了速度400千米每秒、磁声马赫数6的超临界磁化无碰撞冲击波，测量到是冲击波速度2至4倍的准单能离子。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。

研究表明，漂移加速主导了此次实验和地球“弓形波”中的离子加速过程，这一机制相较于冲浪加速机制具有更高的加速效率。研究人员表示，实验中观测到引入数特斯拉的磁场可以显著提高离子加速效率，这一发现为改进激光驱动的离子加速器设计提供了参考。（记者吴长锋）

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