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发布日期：2025-11-25 09:25 点击次数：86
整整70年，那个困扰全人类物理学界的“宇宙射线膝区之谜”，终于被中国科学家在海拔4410米的高山上，用捕捉到的能量高达千万亿电子伏特（PeV）的粒子流彻底破解了！
这是一场跨越半个多世纪的物理学“悬案”，也是人类认知银河系暴力美学的里程碑。2025年11月16日，中国科学院高能物理研究所牵头的LHAASO（高海拔宇宙线观测站）国际合作组，在权威期刊《科学通报》（Science Bulletin）上抛出重磅炸弹：他们不仅精准测量了最纯净的宇宙线质子能谱，更顺藤摸瓜，找到了那个折断宇宙线脊梁的“幕后黑手”。
这意味着，我们终于看清了银河系这台超级粒子加速器的“极限发动机”究竟是谁。
01
来自深空的“膝盖”：一个困扰物理学界70年的诅咒
如果要给宇宙中的未解之谜排个座次，“宇宙射线膝区”（Cosmic Ray Knee）绝对能进前十。
故事要从上世纪50年代说起。当科学家统计那些从外太空无休止轰击地球的高能粒子（宇宙射线）时，发现了一个诡异的现象：随着能量升高，粒子的数量原本是按比例平滑下降的。但在能量达到3-4 PeV（3000-4000万亿电子伏特）附近时，那条原本顺滑的曲线，突然像被人狠狠打了一棍子，陡然向下弯折。
这个折点，形状像极了人类的膝盖，因此被物理学家称为“膝区”。
这不仅仅是一条曲线的弯曲，它在尖叫着告诉我们一个事实：银河系里的某种加速机制，在这里“断气”了。
这就好比你在看百米赛跑，运动员跑得飞快，突然在30米处集体减速。你一定会问：是谁在前面挡了路？还是他们的体能到了极限？
70年来，全世界的物理学家都在猜测。有人说是超新星遗迹（SNR）不行了，有人说是粒子传播路径变了。但所有人都卡在了一个技术死结上：
我们看不清。
天上的卫星探测器精度高，但太小，根本抓不到那么稀有的PeV级高能粒子；地面的探测阵列够大，但在大气层这个“过滤器”的搅和下，最关键的质子（Proton）总是混在一堆氦核、铁核里，就像把一勺盐撒进面粉，根本分不开。
直到中国LHAASO的出现，在这个死结上狠狠地切了一刀。
02
沙里淘金：四川稻城高山上的“火眼金睛”
LHAASO（拉索）有一项独门绝技：混合观测。
在这个位于四川稻城海子山的巨大阵列中，科学家们利用KM2A阵列捕捉缪子（Muon），配合WFCTA望远镜观测簇射发展深度。这就像给了科学家一副透视眼镜，能在数百万次宇宙线轰击中，精准地把那些重原子核剔除，筛选出纯度超过90%的质子样本。
这一手“沙里淘金”，让LHAASO做到了前人做梦都不敢想的事：绘制出从0.15 PeV到12 PeV的超高精度纯质子能谱。
数据出来的瞬间，所有人都屏住了呼吸。
这张图谱并不是简单的“下坡”，它讲了一个惊心动魄的故事：在那个著名的“膝盖”之前，能谱竟然先是反常地“变硬”（上升），一路冲到3 PeV的顶峰，然后才剧烈“变软”（下降）。
03
真相大白：黑洞的暴力美学
结合LHAASO在《国家科学评论》发表的姊妹篇研究，这个困扰人类70年的谜底终于被揭开。
原来，银河系的粒子加速并不是某个单一源头的独角戏，而是一场宏大的宇宙接力赛。
第一棒：垂死的恒星。我们熟知的超新星遗迹（恒星爆炸后的残骸），长期以来被认为是宇宙线的主力。但LHAASO的数据无情地显示，它们其实是“短跑选手”。在0.1 PeV左右，超新星遗迹就已经力竭，“油门”踩到了底，无法再把粒子加速到更高能量。
第二棒：贪婪的黑洞。就在超新星遗迹“熄火”的地方，一个更恐怖的角色接过了接力棒——微类星体（Micro-quasars）。
这是银河系内的黑洞双星系统。黑洞贪婪地吞噬着伴星的物质，吃不下的部分被转化为接近光速的喷流射向宇宙。LHAASO观测到的SS 433等微类星体，正是这种狂暴的“超级PeV加速器”。
正是这些黑洞引擎，接管了超新星遗迹留下的真空，暴力地将质子继续加速，一路推高到3 PeV甚至10 PeV的能量巅峰，并在那里划下了那道著名的“膝盖”。
所谓“膝区”，不是终点，而是黑洞喷流的极限。
04
仰望星空的意义
这不仅仅是一次数据的胜利。
过去，我们以为银河系的宇宙线是超新星的余晖；现在我们知道，那其中还夹杂着黑洞的咆哮。中国科学家用最硬核的数据，把人类对高能宇宙的认知边界，硬生生地向前推了一大步。
正如LHAASO首席科学家曹臻所言，我们正在拼凑一幅完整的银河系拼图。
下一次，当你仰望星空，看到那深邃的黑暗时，请记得：在那看似平静的夜幕后，正有无数粒子被黑洞的喷流加速到难以想象的能量，穿越万亿公里的虚空，在这一刻，轰击在地球的大气层上。
那是来自宇宙深渊的问候。
参考文献：
LHAASO Collaboration. Precise measurements of the cosmic ray proton energy spectrum in the \"knee\" region. Science Bulletin (2025).
LHAASO Collaboration. The first LHAASO catalog of gamma-ray sources. Astrophys J Suppl Ser (2024).
News Release: Cosmic ray puzzle resolved as scientists link 'knee' formation to black holes. Phys.org, Nov 16, 2025.