高能粒子是能量大于等于 100 兆电子伏特 [1] 的原子或亚原子粒子 [2] 。它们兼具粒子性与波动性。
人类首次科学地观测并记录下来的高能粒子是宇宙射线 [3] 。不久,人类掌握了用粒子加速器制造高能粒子的方法。
高能粒子的用途包括而不限于作为科学研究对象和/或科学研究工具的组成部分(研究原子和亚原子粒子、研究发射粒子的遥远天体、研究被粒子穿透的天体·地球大气·海洋·地层、发现新元素、制造新材料、进行精细加工、确定分子结构、检验物质成分等)、生产医用同位素、进行放射摄影·放射检查·放射治疗、生产特殊材料或零件、引发核反应或核爆炸、充当定向能武器、推动物体。
历史上记录到的超越 GZK 极限的超高能量宇宙射线(例如这问题下的离题回答谈论的「Oh-My-God 粒子」与「天照粒子」)可能是 重原子核 [5] ,组成该原子核的质子、中子并未单独达到 GZK 极限,因此不会与背景辐射光子互动产生 π 介子——这是对 GZK 佯谬的 最简单解释 ,可能是事实。
参考
- ^ 约 1.6021774232052329e-11 焦耳
- ^ https://www.collinsdictionary.com/dictionary/english/high-energy-particle
- ^ 宇宙射线的能量分布在约 300 兆电子伏特(约 4.8e-11 焦耳)处达到峰值。
- ^ 1911 年到 1913 年,Hess 乘坐氢气球多次飞到海拔 1000 到 5300 米处,以 Wulf 静电计检测辐射强度,发现海拔 1000 米处的辐射强度较低但继续上升时辐射强度上升,海拔 5000 米处的辐射强度约为海平面的 2 倍。这证明大气辐射并不像历史上认为的那样来自地球上的岩石,在夜间和日食期间测定的数据亦可排除这些辐射来自太阳。Hess 的结论是,有一些穿透力非常强的辐射从太空射向地球。 1932 年,Carl David Anderson 以威尔逊云室在宇宙射线中检测到质量与电子基本相同、电荷与电子相反的粒子,认为这是狄拉克预言的、赵忠尧于 1930 年实验观测到的正电子;1936 年,Anderson 与研究生 Seth Neddermeyer 在宇宙射线里发现了 μ 子。 1936 年,Hess 与 Anderson 获得诺贝尔物理学奖。 arXiv:1808.02927 [physics.hist-ph]
- ^ 地球大气层外的初级宇宙射线约 99% 是原子核,约 1% 是孤立电子;这些原子核中约 90% 是质子(氢原子核),约 9% 是 α 粒子(氦原子核),约 1% 是比氦更重的碳、铁等元素的原子核。初级宇宙射线在地球大气中散射产生的次级宇宙射线主要是电子、光子、μ 子。