科大新发现引领高能物理研究新篇章 揭开宇宙射线神秘面纱

中国科学技术大学成功观测到磁化无碰撞冲击波中的费米加速循环单次反射加速现象：实验室研究为高能宇宙射线研究开辟新路径

记者汪乔报道，近日，中国科学技术大学的胡广月和陆全明教授所领导的科研团队宣布取得了重大突破。
该团队利用上海神光II高功率激光装置，首次在实验室内观测到磁化无碰撞冲击波中的费米加速循环单次反射加速现象，并成功产生准单能离子。
这一成果于2月12日在线发表于《科学·进展》。

背景理解：

无碰撞冲击波被认为是宇宙中最强大的粒子加速器。
带电粒子在这种冲击波中的反射过程中会获得加速，上下游之间的多次循环加速会产生高能宇宙射线，呈现幂律谱的特性。
费米加速循环，这一概念最早由著名物理学家恩里科·费米提出，被视为宇宙中高能带电粒子的主要加速机制。
尽管学界对此已有一定的理解，但由于空间探测的局限性，对于无碰撞冲击波的形成和演化以及高能宇宙射线的加速过程仍然存在着诸多未解之谜。

科研团队的工作：

该科研团队的核心目标是深入了解费米加速循环的单次反射加速过程。
为了实现这一目标，他们利用神光II大型激光装置烧蚀靶物质产生的高速等离子体流，并在磁化背景等离子体中驱动产生了超临界磁化无碰撞冲击波。
值得注意的是，这种冲击波的速度达到400千米每秒，磁声马赫数高达6。

实验的关键在于，科研团队测量到了2至4倍于冲击波速度的准单能离子。
这是首次在实验室内观测到磁化无碰撞冲击波中费米加速循环对离子的单次反射加速现象。
这一观测结果与卫星在地球弓形波中探测到的现象相一致。

研究结果与启示：

研究进一步表明，漂移加速在本次实验和地球弓形波中的离子加速过程中起主导作用。
相较于冲浪加速机制，漂移加速具有更高的加速效率。
这一发现意味着实验室研究不仅可以补充遥感及飞行器探测的不足，而且有望显著促进高能宇宙射线的研究发展。

实验中的一个重要发现引入数特斯拉的磁场可以显著提高离子加速效率。
这一结果为改进激光驱动的离子加速器设计提供了重要参考。

总结：

中国科学技术大学的这一研究成果为高能宇宙射线的研究开辟了新的路径。
通过实验室内的实验观测，科研团队不仅揭示了磁化无碰撞冲击波中费米加速循环的单次反射加速现象，还为高能离子加速机制的研究提供了新的见解。
随着进一步的深入研究，实验室研究有望在未来对高能宇宙射线的理解和发展中发挥越来越重要的作用。
此次研究的成功也展示了科技的力量和对未知领域的探索潜力，期待未来有更多的科研突破为我们揭示宇宙的奥秘。

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