近期，暗物质粒子探测卫星（DAMPE）“悟空”号国际合作组在高能宇宙线能谱测量方面取得重要进展，获得了宇宙射线硼元素在10 GeV/n–8 TeV/n的微分通量谱，首次发现了182 GeV/n附近能谱“硬化”的现象。研究成果发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)。

“悟空”号具有覆盖能段宽、能量测量准、粒子鉴别能力强等显著技术优势，比之前空间实验的观测能区拓宽了一倍以上。位于“悟空”号最顶端的塑料闪烁体探测阵列（PSD）由中国科学院近代物理研究所研制，PSD的电荷分辨达到国际同类探测器的先进水平，是“悟空”号实现宇宙射线核素鉴别的核心探测器。

此次研究中，团队基于“悟空”号以8倍标准差显著度首次观测到硼元素能谱在182 GeV/n附近发生“硬化”的现象。研究还发现硼元素能谱的变硬程度约为初级宇宙线质子和氦核的两倍，同时也与硼碳、硼氧比例的“硬化”程度自洽。该测量结果符合宇宙线硼元素是由碳、氧等初级宇宙射线与星际物质发生碎裂反应而产生的理论。

该发现不仅为研究宇宙线传播过程提供了关键证据，更对修正现有宇宙线传播模型具有重要的科学价值。该研究获得了审稿人的高度评价，称“悟空”号实验在TeV能区宇宙射线能谱测量方面“设立了新的精度标准（setting a new standard of precision）”。

该成果由中国科学院近代物理研究所与中国科学院紫金山天文台、中国科学技术大学、格兰萨索科学研究所、日内瓦大学的团队联合完成。近代物理所博士后陈占方（合作导师：张亚鹏）平行完成了宇宙射线硼元素鉴别、探测效率修正、误差分析和最终硼元素能谱结果分析，在此项研究中做出了重要贡献。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院、江苏省项目和甘肃省博士后项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.191001

图1：“悟空”号用来鉴别宇宙射线核素的PSD电荷谱

图2：“悟空”号对宇宙线硼元素能谱的测量结果

图3：“悟空”号观测到的硼元素谱指数变硬程度（∆γ）约为初级宇宙线质子和氦核的两倍

（核物质相结构室 供稿）