宇宙射线介绍
1992年，有一个人类知道的飞行最快的物体打到美国犹他州上空25千米的地球大气层上。它击中地球大气层时的运动速度是光速的百分之99.999999999999999999999，对于平常物体而言，这是有可能达到的最快速度。这个物体就是宇宙射线，更准确地说是一颗宇宙粒子。它的本性和起源仍是个谜，但它却是从宇宙空间连绵不断降落到地球上的无数粒子之一。
我们所说的宇宙射线，是指来自天空的带电粒子，不包括不带电的各种光子、中微子等。1912年，奥地利科学家用气球把静电计带到了高空，首先发现来自宇宙深处的这种神秘射线。这是一种“粒子雨”，不分昼夜地从四面八方落向地球。至今，这些从宇宙中来的不速之客的身份和来历，仍是一个没有完全解决的难题。
通过设在大气层外的探测器给出的结果，人们发现这些带电粒子主要是氢原子核——质子，它占总粒子数的85％，另外，氦原子核——α粒子占12.5％，其他较重的原子核占1.5％，电子占1％。今天，我们已在宇宙射线中找到了元素周期表上所有的核。
宇宙射线研究
宇宙射线是由质子、氦核、铁核等组成的高能粒子流，也含有中性γ射线和能穿过地球的中微子流。它们在星系际银河和太阳磁场中得到加速和调制，一部分最终穿过大气层到达地球。除中微子外，外来高能宇宙射线在穿过大气层时都要与氧、氮等原子核发生碰撞，并转化出次级宇宙射线粒子，而超高能宇宙射线的次级粒子有足够能量产生下一代粒子，因而将产生庞大的粒子群。1938年由法国人奥格尔在阿尔卑斯山观测发现这一现象，并取名为“广延大气簇射”。奥格尔还发现高达10+{15}eV的能量，超过当时已知数值的1 000万倍。
自从“广延大气簇射”这一现象发现后，关于宇宙射线的研究就引来了越来越多的关注。因为宇宙射线的能量远远超过了人类所能制造出来的能量的极限，这一事实不仅增加了人类对于宇宙的敬畏，也极大地刺激了人类的好奇心。
1949年，费米发表宇宙射线理论，尝试以超新星爆发的磁力冲击波来解释宇宙射线的粒子加速机制，但是未能解释最高能宇宙射线的存在。
1962年，利用新墨西哥州的探测器阵列，林斯利与其合作者探测到能量高达10+{20}eV的宇宙射线。
1966年，彭齐亚斯和威尔逊发现宇宙弥漫着低能微波背景辐射。格雷森等人指出，由于微波背景辐射的影响，宇宙射线的能量应低于5×10+{19}eV。
对宇宙射线的微观研究主要依靠空间、地面和地下(水下)的观测。为了长期有效地观测宇宙射线，各国相继建立了观测站。1943年，前苏联在亚美尼亚建立了海拔3 200米的阿拉嘎兹高山站；日本在战后建立了海拔2 770米的乘鞍山观测所；1954年我国建立了海拔3 200米的云南东川站。
广延大气簇射过程中，能量低于10+{14}eV的粒子很难到达3 000米以下低空，而是在4 000米处超高能粒子群发展到极大。西藏羊八井地处唐古拉山麓，海拔4 300米，日照时间长，终年无积雪，地势平坦开阔，可保证长年不间断观测，被认为是世界上观测宇宙射线的最佳位置之一。
但迄今为止，宇宙射线的研究还是没有取得很大的进展，尽管人类已经耗费了大量的物力和人力，因为宇宙射线的研究非常困难，而这是由它的基本性质决定的。
首先，地球的大气总是阻挡从宇宙空间飞来的宇宙射线粒子，使它们不能到达地面的观测站。一个质子要从外层空间到达海平面而半路上不与空气粒子相碰的几率只有百万分之一。那种进入大气层以前的宇宙射线称为初级宇宙射线。为了探测初级宇宙射线，人们必须用卫星、气球等把探测仪器带到30千米以上的高空。利用初级宇宙射线来做实验有相当大的困难。
其次，宇宙射线的强度是非常小的。在大气层外，每平方厘米每分钟只有数十个粒子通过。而对高能粒子，每平方米每小时连一个也探测不到。因此，在高能物理学的研究中，宇宙射线观测只能作为加速器的一种补充手段。
那么，宇宙射线是不是无法加以研究呢由于初级宇宙射线穿过大气时会因碰撞而变成其他粒子，因此我们可以通过对这种粒子产物的探测来研究初级粒子的性质。事实上，加速器对粒子的研究，也是通过对粒子穿过探测器中的气体或液体等介质时产生的现象加以测量来进行的。
高能宇宙射线粒子进入大气以后同，空气中的粒子发生复杂的相互作用，产生一连串的反应，这些反应的产物有π介子、μ介子、正负电子、质子、中子、光子和中微子等。反应的产物称为次级宇宙射线粒子。请注意，碰撞是反复进行的，即次级宇宙射线粒子又能通过与大气相互作用产生新的次级粒子，于是，宇宙射线与大气的相互作用结果就是大批次级宇宙射线粒子的形成。而这些次级宇宙射线粒子为我们研究宇宙射线提供了可能。这方面的研究工作正在快速的发展，而且逐渐成为热点。
宇宙射线研究新进展
最近十多年以来，宇宙射线观测研究取得了许多新进展。
1991年，美国犹他州“蝇眼”探到3.2×10+{20}eV的最高能宇宙射线，是当今最强粒子加速器能量的1亿倍。
1994年，日本明野巨型空气簇射阵列和俄罗斯雅库次克研究小组，探测到第一高能的宇宙射线。
1995年，有250多名科学家参加的格尔计划开始执行。
2002年4月，日本宇宙射线研究所和澳大利亚国立大学等16所大学联合研究小组发现，位于天蝎座中心的超新星残骸可能是宇宙射线的来源之一。这是天文学界首次确定宇宙射线发生源。研究小组将研究焦点集中在不受磁场影响，不发生折射现象的γ射线上，用位于南澳大利亚直径10米的“袋鼠计划”望远镜，观测1996年发现的超新星残骸RXJ的γ射线。研究人员综合分析超新星光谱后认为，超新星爆炸之际产生冲击波，加速的质子与周围物质分子云猛烈碰撞产生γ射线。因此，该超新星可能是宇宙射线的来源之一。
2002年6月4日，中国和意大利共同投巨资兴建的世界最大的宇宙射线实验室在西藏羊八井正式落成。实验室大厅面积达1万米+2，已铺设5 000米+2地毯式宇宙射线探测器。实验室将逐步对国际天文学界开放，供各国科学家使用。这必将对探索大气物理、核物理、太阳活动、无线通讯、河外星系γ源、高能粒子特性、天气变化等研究产生重要影响。
总之，宇宙射线的研究正逐渐变成另一个研究热点，我们的青年学生可能刚好搭上这班车，用自己的学识为宇宙射线的研究做出贡献！
