质子是宇宙线中丰度最高的粒子，占比超过90%，其能谱的精确测量对于研究宇宙线物理至关重要。传统的宇宙线加速和传播模型预测宇宙线能谱应服从幂律分布。然而，近年的直接观测实验（如气球实验ATIC、CREAM和空间实验PAMELA、AMS-02、CALET）发现质子能谱在数百GeV能量处能谱出现拐折，偏离单一幂律分布，这对传统理论模型提出了挑战。理论家提出了多种模型理解该能谱拐折的成因，区分这些模型仍有待更高能段的更加精确的能谱观测。但在TeV及更高能段，前述实验因测量手段以及测量精度的限制无法给出准确的探测结果，不同实验结果差别显著，不能对物理模型给出判别。 

　　“悟空”号卫星除了通过对电子宇宙线和伽马射线的观测来间接探测暗物质粒子，还能精确测量宇宙线质子以及核素能谱。与采用同类型探测器技术的日本CALET实验相比，“悟空”号的电荷分辨能力明显占优。 

　　北京时间2019年9月28日，Science Advances 期刊发表了“悟空”号宇宙线质子从40GeV到100TeV能段的精确能谱测量结果，如图1所示。这是国际上首次利用空间实验实现对高达100TeV的宇宙线质子能谱进行精确测量，该结果的能量上限比丁肇中先生领导的阿尔法磁谱仪（AMS-02）实验高出近50倍，比日本科学家领衔的CALET实验最新结果高出10倍。 

　　“悟空”号的测量结果确认了质子能谱在数百GeV处的变硬行为。更为重要的是，“悟空”号首次发现质子能谱在约14 TeV出现明显的能谱变软结构，这一新的结构很可能是由近邻个别宇宙线源留下的印记，其加速上限即对应于拐折能量。“悟空”号的结果对揭示高能宇宙线的起源以及加速机制具有十分重要的意义。 

　　近代物理研究所负责研制了“悟空”号的塑闪阵列探测器（PSD）。产品顺利交付后，承担了后续的PSD在轨精确标定刻度任务并参与了物理数据分析工作。在轨精确标定任务表明PSD能够实现宇宙射线中不同带电粒子核电荷数（Z）的高水平鉴别，电荷分辨水平高达0.059@Z=1和0.3@Z=26，在40 GeV到100 TeV能段的精确能谱测量中发挥了关键作用。 

　　文章链接地址： https://advances.sciencemag.org/content/5/9/eaax3793 

　　图 1 “悟空”号电荷谱（左）和CALET探测器电荷谱（右） 

　　图 2 “悟空”号探测的40 GeV-100 TeV能段宇宙线质子能谱（红点）。(2019 Sci. Adv.) 

　　 图3  PSD在轨电荷测量结果 

（放射性束物理室 供稿）