中國科學技術大學常進院士領導的“悟空”號（DAMPE）科學團隊在高能宇宙線直接觀測方面取得重要進展。科學團隊基于DAMPE在軌數據獲得了10GeV/n–8 TeV/n硼核微分通量譜，首次發(fā)現了硼元素在182GeV/n處能譜“硬化”的現象。相關研究成果于5月13日以“Observation of a Spectral Hardening in Cosmic Ray Boron Spectrum with the DAMPE Space Mission”為題發(fā)表在國際學術期刊《物理評論快報》上（Phys. Rev. Lett.134, 191001(2025)）。雜志審稿人稱贊DAMPE實驗在TeV能區(qū)“設立了新的精度標準（setting a new standard of precision）”。

高能宇宙線是研究天體粒子起源、加速機制，及銀河系星際介質的重要媒介。次級宇宙線硼核是碳核、氧核等初級宇宙線在銀河系傳播的過程中碎裂形成，因此被認為是研究宇宙線傳播機制及其相互作用的獨特探針。此次，“悟空”實驗的結果比之前實驗的觀測能區(qū)拓寬了一倍以上，并以8倍標準差顯著度首次觀測到硼核能譜在182±24 GeV/n處發(fā)生“硬化”現象，譜指數變硬程度為?γ=0.31±0.05（圖1）。與此前DAMPE的其它結果相比，硼核的變硬程度約為初級宇宙線質子和氦核的兩倍（圖2），同時也與硼碳、硼氧比例的變硬程度自洽。宇宙線傳播理論指出，如果初級宇宙線由擴散效應導致譜指數存在?γ的變化，次級宇宙線譜則會出現2?γ變化。因此DAMPE實驗的結果可以用傳播效應來解釋。

這項成果由我校與紫金山天文臺、格蘭薩索科學研究所、日內瓦大學聯合完成。物理學院黃光順教授、張云龍教授、魏逸豐副教授團隊在該分析工作中做出了重要貢獻?？拼髨F隊是DAMPE國際合作組內的平行分析團隊，在魏逸豐副教授具體指導下，博士生徐恩珩獨立研究了硼元素的粒子鑒別、效率估計、本底估計等一系列關鍵問題，完成了對硼能譜的分析工作。

圖1.DAMPE觀測的10GeV/n– 8 TeV/n硼核微分通量譜。

圖2.DAMPE觀測的硼核譜指數變硬程度?γ與質子、氦核、硼碳比例、硼氧比例結果的對比。硼核的?γ約為其他結果的兩倍。