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香港宇宙射線望遠鏡

香港宇宙射線望遠鏡. 宇宙射線簡介 研究課題 探測器原理及運作 : 李玉仁博士 儀器操作示範 : 吳正欣、楊威龍. 宇宙射線 (Cosmic Rays). 宇宙射線 = 太空來的亞原子粒子 (subatomic particles): 質子 (protons) ，電子， 原子核 (atomic nuclei) ， 光子 (photons)‧... 能量範圍極廣 , 高達 >10 20 eV, > 一億倍現今加速器最高能量. 宇宙射線粒子雨. 宇宙射線 - 歷史. 1912 : Victor Hess 乘熱 氣球升空至五千米高空

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Presentation Transcript

  1. 香港宇宙射線望遠鏡 • 宇宙射線簡介 • 研究課題 • 探測器原理及運作: 李玉仁博士 • 儀器操作示範: 吳正欣、楊威龍

  2. 宇宙射線(Cosmic Rays) • 宇宙射線=太空來的亞原子粒子(subatomic particles): • 質子(protons) ，電子， • 原子核(atomic nuclei)， • 光子(photons)‧... • 能量範圍極廣, 高達>1020 eV, >一億倍現今加速器最高能量

  3. 宇宙射線粒子雨

  4. 宇宙射線 - 歷史 • 1912: Victor Hess乘熱 • 氣球升空至五千米高空 • 發現宇宙射線愈高愈多 • 1932:Carl Anderson 於 • 宇宙射線中發現反電子 • 1937: Seth Neddermeyer • 宇宙射線中發現muons • →開創現代粒子物理

  5. 正電子(positrons) 量子力學＋相對論 →每一粒子必存在 反粒子(anti-particles) P.A.M. Dirac C. Anderson

  6. 宇宙射線 - 歷史 • 1938: Auger 發現粒子雨(extensive air shower): 高能宇宙射線引發大量大氣粒子反應，製造「粒子雨」 ~ 以地球大氣層做探測器 • 1949: Fermi 提出宇宙射線的超新星機制 • 九十年代: 極高能粒子 >1019eV • 世界紀錄: 3x1020 eV

  7. 宇宙射線可能來源 • Fermi: 超新星爆 • 炸(supernovae)之 • 沖擊波(shock • wave)令星際粒 • 子加速

  8. 超新星 • 質量大於二至三倍太陽的恆星死亡時必經爆炸階段

  9. 超新星 1987A

  10. 超新星爆炸

  11. 宇宙射線可能來源 • 中子星 • 黑洞

  12. M87

  13. 宇宙射線的秘密 • 從何來？ • 能量可達幾高？ • 能量從何來？ • 對地球影響？

  14. 宇宙射線粒子雨探測

  15. 香港宇宙射線望遠鏡 • 在大面積範圍選地點 • 每地點放置探測器 • 利用全球衛星定位系統對時 • 若多個探測器同時量得訊號→高能宇宙射線 • 利用訊號分佈→宇宙射線角度 • 優質教育基金資助二百二十餘萬元 • 資料﹕天文園www.phy.cuhk.edu.hk/astroworld/cosmic

  16. 宇宙射線研究 • 「低」能量宇宙射線: 每一站之數據 研究宇宙射線與太陽風關係 雲量臭氧層…. 紀錄宇宙射線通量之變化

  17. 宇宙射線數量(每十分鐘)

  18. 宇宙射線數量(每三小時)

  19. 宇宙射線數量之週期性?

  20. 宇宙射線與臭氧洞 Lu and Sanche, PRL 87, 078501 (2001). • 宇宙射線協助破壞臭氧層?

  21. 宇宙射線與雲 • 宇宙射線做雲? • 太陽風強→宇宙射線弱→地球雲量較少→陽光反射較少→地球溫度升高? H. Svensmark and E. Friis-Christensen, J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 59, 1225 ( 1997). H. Svensmark, PRL 81, 5028 ( 1998).

  22. 宇宙射線數量 太陽黑子數量 雲量與宇宙射線數量

  23. 四月一日之太陽

  24. 宇宙射線研究 • 宇宙射線能量愈高 粒子雨面積愈大 散播範圍愈廣 • 多個觀測站同時量得宇宙射線→大粒子雨 高能宇宙射線 • 三公里範圍: 1020eV • 時鐘校對: 需準確至10-7s GPS: 尚待測試

  25. 宇宙射線研究 • GPS 研究: 如何利用一個或多個接收器改善位置/時間準確度? • 實驗研究: 宇宙射線數量與探測器安排之關係 • 實驗研究:量度 粒子蛻變期 W粒子質量 • 理論研究: 費米加速機制 磁力加速

  26. 總結 • 宇宙射線﹕宇宙來的粒子 • 來源-高能天體過程 • 宇宙射線之謎﹕從何來？能量？影響？ 對地球影響?‧ • 宇宙射線研究: 探測器大部份已安裝 低能量射線: 時序變化與相關性研究 高能量射線: 大粒子雨量度

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