暗物质卫星“悟空”获得高精度高能宇宙线硼核能谱

中国科学技术大学常进院士领导的“悟空”号（DAMPE）科学团队在高能宇宙线直接观测方面取得重要进展。科学团队基于DAMPE在轨数据获得了10GeV/n–8 TeV/n硼核微分通量谱，首次发现了硼元素在182GeV/n处能谱“硬化”的现象。相关研究成果于5月13日以“Observation of a Spectral Hardening in Cosmic Ray Boron Spectrum with the DAMPE Space Mission”为题发表在国际学术期刊《物理评论快报》上（Phys. Rev. Lett.134, 191001(2025)）。杂志审稿人称赞DAMPE实验在TeV能区“设立了新的精度标准（setting a new standard of precision）”。

高能宇宙线是研究天体粒子起源、加速机制，及银河系星际介质的重要媒介。次级宇宙线硼核是碳核、氧核等初级宇宙线在银河系传播的过程中碎裂形成，因此被认为是研究宇宙线传播机制及其相互作用的独特探针。此次，“悟空”实验的结果比之前实验的观测能区拓宽了一倍以上，并以8倍标准差显著度首次观测到硼核能谱在182±24 GeV/n处发生“硬化”现象，谱指数变硬程度为∆γ=0.31±0.05（图1）。与此前DAMPE的其它结果相比，硼核的变硬程度约为初级宇宙线质子和氦核的两倍（图2），同时也与硼碳、硼氧比例的变硬程度自洽。宇宙线传播理论指出，如果初级宇宙线由扩散效应导致谱指数存在∆γ的变化，次级宇宙线谱则会出现2∆γ变化。因此DAMPE实验的结果可以用传播效应来解释。

这项成果由我校与紫金山天文台、格兰萨索科学研究所、日内瓦大学联合完成。物理学院黄光顺教授、张云龙教授、魏逸丰副教授团队在该分析工作中做出了重要贡献。科大团队是DAMPE国际合作组内的平行分析团队，在魏逸丰副教授具体指导下，博士生徐恩珩独立研究了硼元素的粒子鉴别、效率估计、本底估计等一系列关键问题，完成了对硼能谱的分析工作。

图1.DAMPE观测的10GeV/n– 8 TeV/n硼核微分通量谱。

图2.DAMPE观测的硼核谱指数变硬程度∆γ与质子、氦核、硼碳比例、硼氧比例结果的对比。硼核的∆γ约为其他结果的两倍。