挑战传统认知：宇宙中氘核的突破性发现
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宇宙射线，一种来自外太空的高能粒子，一个多世纪以来一直吸引着科学家。了解它们的组成和起源有助于揭示剧烈的天体物理过程和宇宙中物质的诞生。在这些宇宙成分中，氘核占据着特殊的位置。它们的丰度和性质为我们了解这些粒子到达地球之前的路径提供了重要线索。 安装在国际空间站上的最先进粒子探测器阿尔法磁谱仪 (AMS) 彻底改变了我们对宇宙氘核的理解。最近，一篇发表在《物理评论快报》的论文，给出了多年来AMS所收集到的结果。
氘核由一个质子和一个中子结合而成，与更丰富的同类质子和氦核（α粒子）相比，氘核在宇宙射线中是稀缺的。这种稀缺性主要归因于它们的脆弱性。在星际旅程中，氘核可以很容易地与其他粒子相互作用，导致它们被破坏。 传统上，宇宙氘核被认为主要是次级粒子，由更高能量的质子与星际介质碰撞产生。然而，AMS所收集的数据挑战了这一长期以来的信念。AMS前所未有的精度在于它能够根据动量和电荷区分不同类型的粒子。凭借收集超过十年的庞大数据集，涵盖超过2100万个氘核，AMS揭示了令人惊讶的特性。 最重要的发现之一是宇宙氘核通量中存在相当大的原级成分。这意味着这些氘核中有相当一部分以原始的、未经处理的形式来自它们的源区域，而不仅仅是星际碰撞的产物。 AMS还阐明了氘核在时间和不同能量范围内的行为。实验表明，氘核通量的时间变化与质子和氦核的时间变化密切相关。这表明这些粒子具有共同的起源或加速机制。 此外，AMS还研究了氘核通量的刚性依赖性。刚性是一种结合动量和电荷的度量，反映了粒子穿透磁场的能力。对于高于一定能量阈值（约为 13 GV）的氘核，观察到的刚性依赖性与质子的刚性依赖性非常相似。这种意想不到的相似性暗示了这些粒子的产生和传播机制之间可能存在联系。 通过分析刚性依赖性并使用独立于宇宙射线传播模型的方法，AMS科学家能够量化氘核通量中的原级和次级成分。他们的估计表明，大约9.4%的氘核通量起源于原级成分，相当于 9.4%的氦-4通量。这个值比以前预期的要高得多。此外，发现次级成分与氦-3的通量密切相关，氦-3是星际碰撞的另一种产物。 发现宇宙氘核中的可观原级成分挑战了我们目前对宇宙射线起源和传播的理解。它为探索这些粒子产生的环境打开了令人兴奋的可能性。潜在的来源包括恒星过程，例如大质量恒星中的核合成，或脉冲星等奇特物体。 对收集到的数据进行持续分析以及未来可能出现更大的数据集，可以帮助我们更细致地了解氘核的性质。此外，通过将这些发现与其他宇宙射线核的行为进行比较，科学家可以构建更全面的宇宙射线加速和传播图景。 |
