基于100TeV 伽马和电子研究宇宙线起源和传播问题

The origin, acceleration and propagation of cosmic ray are unresolved fundamental problems since its discovery 100 years ago. Considering the fact that charged particles quickly lose their direction information owing to the deflection of ubiquitous magnetic field on their way traveling to earth, the best way to investigate the origin of cosmic ray is to observe the on-site very high energy gamma ray emission. The Chinese dominated LHAASO is a high altitude cosmic rays experiment which occupies KM2 area and will monitor the northern gamma ray sky with unprecedented sensitivity from 100GeV to 100TeV. The project has been approved by Chinese government and 1/4 LHAASO will be deployed and start scientific data taking by the end of 2018. We expect that the first observation of 100 TeV gamma rays will bring us with fruitful results in researches on point sources, diffuse gamma rays emission and the studies of new physics. Those prospective results will be very important in understanding the origin of cosmic rays.

宇宙线研究的基本问题是关于其加速，起源和传播问题，目前研究这一课题的最佳方法就是高能伽马射线观测。中国提出了世界上最高灵敏度的LHAASO计划，并于2015年底批准立项，预计2018年将完成1/4阵列并获取物理数据，其中LHAASO的平方公里阵列KM2A主要物理课题就是用来寻找宇宙线加速源。本项目建议使用1/4 LHAASO 的KM2A阵列着眼于上述重大课题，瞄准100TeV这一国际空白能区，期望在巡天点源搜寻，弥散源观测及以电子能谱为主的新物理测量方面有所建树，能有一批国际首次测量结果出现，为研究宇宙线加速，起源和传播起重要的推动作用，并为天体粒子物理研究做出重要贡献。

围绕LHAASO-KM2A实验观测数据，本项目在模拟重建软件的开发和优化、数据质量检查和阵列性能研究与监测、物理数据分析和唯象理论等方面开展了研究工作。我们建立了标定、模拟、重建软件系统；处理和重建了近千亿高质量宇宙线事例；在100TeV能量区间发现了迄今最高能量的伽马光子，发现了一批亚拍电子伏以上银河系伽马源，开启了 “超高能伽马天文学”时代；初步得到了银河系弥散伽马的能谱测量结果，发现和研究了数颗脉冲星halo源，获得电子扩散系数随能量变化的初步结果，为宇宙线传播研究提供了重要信息；通过最高能伽马样本，研究了洛伦兹不变性破坏效应，得到了迄今最好的参数限制，有效推动了有关新物理学规律的研究。在唯象理论研究方面，发展了空间依赖的宇宙线传播模型，在银盘弥散伽马、宇宙线大尺度各向异性与能谱共同演化、宇宙线临近源等方面取得了进展。