对高能宇宙线能谱中电子谱与质子谱间关联的探讨

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dashanLau
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高能宇宙射线的起源与传播一直是人们关注的问题。近年来,新的能量更高、更精密的探测手段发现这些宇宙线能谱有反常行为。例如,阿尔法磁谱仪(AMS-02)记录到在大约1TeV附近的电子-正电子谱中有过剩结构,费米大面积望远镜(Fermi-LAT)、暗物质粒子探测器(DAMPE)和量热电子望远镜(CALET)都发现了高能宇宙射线幂律破缺的现象。这些发现引起了人们极大的兴趣,因为它们可能与暗物质信号有关。另一方面,高空气球探测器和空间实验的粒子探测器也报道了质子能谱的这种幂律破坏现象,即TeV质子谱的硬化行为。人们提出了许多关于能谱硬化的可能解释,例如宇宙射线源能谱的影响、通过银河传播的影响、地球附近源的影响等,这仍然是一个存在争议的问题。虽然上述这些模型可以对电子谱和质子谱分别做出解释,但是在解释这两种粒子的能谱时使用的是不同的机制。本文采用胶子凝聚(GC)模型,不仅解释了最新实验观测到的电子谱和质子谱,还发现了电子谱和质子谱幂律破缺现象之间存在的联系。在宇宙空间中高能质子与质子(或质子与核)的碰撞普遍存在,碰撞会产生许多次级粒子(电子-正电子、介子、质子-反质子等),这些过程由质子中的胶子支配。量子色动力学研究表明,高能质子中的胶子在阈值附近会大量堆积,出现胶子凝聚(GC)效应。因而次级粒子就会在对应的GC能量阈值处有明显的增加,这种现象的出现使宇宙射线的幂律能谱出现折断,对电子谱和质子谱产生明显影响。本文中,通过p+p(4)→π0→γ→e++e-过程,我们认为在宇宙射线中观察到的电子过剩可能来自于胶子凝聚。另一方面,除了介子外,质子-反质子也是p-p(A)碰撞可能的产物。在GC条件下,质心系粒子的动能几乎为零,因此可以最大量地产生次级粒子。我们使用GC模型分析电子谱与质子谱时,发现关系式(?)可以很好地将GC阈值附近的电子谱和质子谱之间的幂律破缺联系起来,并且与实验结果很好地相一致。基于此关系,我们可以预测更高能量下电子谱或质子谱的峰值位置,我们期待将来能够得到实验的检验。
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