宇宙射线影响着宇宙中一些最极端的事件，但这些高能粒子的动力仍然是天体物理学最大的谜团之一。

多年来，科学家们一直试图了解宇宙射线 —— 一种微小的、快速移动的粒子，它穿过太空，不停地轰击地球。

这些高能粒子与强大的宇宙事件有关，比如恒星爆炸和黑洞周围的环境。此外，它们还在大气化学中发挥作用，可能干扰电子系统，并对宇航员和航天器构成挑战。

然而，研究宇宙射线一直具有挑战性，特别是因为我们仍然不清楚这些粒子是如何获得高能量的。中国科学技术大学（USTC）的研究人员最近进行了一项实验，试图解开这个谜团。

通过他们的实验，研究人员直接观察到带电离子粒子如何通过反射磁化冲击波获得能量。这一首次观测揭示了一个关键的过程，这个过程可能驱动宇宙射线在宇宙中的加速。

激波漂移vs 激波冲浪

为了解释提供高能宇宙射线的机制，科学家们目前依靠两种理论。

第一种是激波漂移加速（SDA），它认为粒子通过沿着激波边缘的磁场滑动来获得能量，就像冲浪者沿着波浪的侧面滑行一样。当粒子穿过电击的电场和磁场时，它们的速度会得到提升。

第二种理论被称为激波冲浪加速度（SSA），它认为粒子被困在冲击波的正前方，就像冲浪者骑在浪峰上一样。电击时的电场推动它们向前，给它们突然爆发的能量。

然而，没有人知道这两种理论哪一种是正确的。因此，为了解决这个问题，中国科大团队采用了一种新颖的方法。

利用强大的“神光二号”激光设备，他们在实验室里模拟了太空环境，观察了强大的冲击波。以下是他们的发现：

在实验室里观察宇宙射线

他们的方法涉及产生磁化等离子体，这是一种气体带电的物质状态，类似于存在于太空中的物质。然后，他们将另一个等离子体以超过240英里/秒（400公里/秒）的速度推进到这个磁化等离子体中。

这次碰撞产生了激波，类似于宇宙中爆炸的恒星（超新星）产生的强大激波。接下来，研究人员采用先进的诊断工具，使他们能够观察离子在这种相互作用中的行为。

他们所看到的是一束离子被加速到惊人的速度，从每秒1100到1800公里（每秒683到1118英里）不等。这比最初的激波本身要快得多，清楚地表明离子通过反射激波前缘获得能量。

此外，通过运行模拟，研究小组证实，这种能量增加主要是由与冲击波相关的电场和磁场驱动的 —— 这是激波漂移加速（SDA）的一个明显特征。

“我们的模拟再现了能量增益，并表明离子在反射过程中主要由运动电场加速。研究结果确定激波漂移加速是主要的离子激发机制，这与地球弓形激波的卫星观测结果一致。”

这个实验不仅解决了天体物理学中一个长期存在的争论，而且为在受控环境下研究高能粒子动力学提供了一个有趣的平台。

希望未来的研究将建立在这些见解的基础上，并揭示与粒子物理学和宇宙学相关的各种其他谜团。

这项研究发表在《科学进展》杂志上。

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