一个宇宙线硼原子核的银河历险记
公元二零二零年二月二十日北京时间凌晨二时二十分，在经历了漫长艰辛的星际跋涉后，在银河系中一个不起眼的黄矮星周围的一颗蓝色行星附近，我一头撞进一个叫“悟空”的人造探测器。我竭尽全力，最终化为一团绚烂的烟花，永远留在了那里。墓志铭上这样写着：
硼（B）原子核
能量：1.0太电子伏
赤经：03时56分
赤纬：27.5度
来源：未知
硼原子核在“悟空”探测器中的信号图 | 图源：暗物质卫星项目组
在约公元前3000万年的某一天，我“诞生”在一个大质量恒星死亡后留下的遗迹中。但那其实不是我最早来到这个世界，那一天是我学艺有所成，开始独闯江湖的一天，因此也记忆深刻，我将其视作崭新的“我”诞生的时刻。彼时的我意气风发，精神抖擞，我准备好到银河系中去好好游历闯荡一番。差点忘了，那个时候我的名字叫碳。
仗剑走天涯的日子一开始很潇洒。我见识到了很多新奇的景象，比如我看到有的恒星在不断地变大缩小，也看到有的小不点天体扛着长长的光柱在高速旋转，还看到有黑乎乎的怪物大口吞噬周围的一切，并不断喷射高速外流，甚至于看到有的天体突然就爆炸了，其亮光点亮了整个银河系。大千世界，无奇不有，我在心里赞叹不绝。
公元1006年爆发的一个超新星形成的遗迹 | 图源：NASA
我的旅途也不是一帆风顺，偶尔也会遇到一些挫折。银河系的磁场很讨厌，总是试图把我往回拉。好不容易我跑出一段距离，它们冷不丁地又把我拉到另一个方向，有时候甚至拉着我往回走。就这样我前进三步后退两步，虽然踉踉跄跄，但好歹比原地踏步要强。不知不觉已过了1000万年，以我的行进速度，本该早就跑出银河系了的，可一回头，我发现我的家乡竟然还在不远处！虽然折腾，但我还是坚定了继续前行的信心，谁知道前面还能遇到什么风景呢？
宇宙线的传播是一个随机行走过程 | 图源：科学网
我的历险依旧在持续，虽然已经没有最初那般新鲜的感觉。银河系中其实很空旷，大多数时候我孤独地前行，什么也见不到。偶尔也会路遇一些星际气体，它们对我来说实在谈不上友好，就跟拦路的强盗一样，总想从我身上扒下点值钱的东西。多数时候我绕着它们走，不愿多生是非。有的时候它们数量众多，不好绕行，我也会简单跟它们握个手打个招呼，对我来说主要的影响是会让速度变得稍微慢一丁点，但这其实关系不大。而且我也发现一个现象，大多数的气体物质集中在银河系的一个扁平的盘面内，如果我远离这个盘面的话，那就会清净很多。学会了这一点，我也会选择到银晕中去旅行，虽然风景平淡，但也算稳妥。
描绘宇宙线传播的银河系结构示意图 | 图源：T. Gaisser《宇宙线和粒子物理》
终于有一天，我还是遇到了我这一生中最为重大的变故。我有点按捺不住寂寞，还是跑到银盘中去了。这一天路过了一块分子云，就跟一个热闹的集市一样。我不断跟路过的气体物质拱手打招呼，但我还是大意了。我结结实实地和一个氢分子撞了个正着。后果是非常惨烈的：被撞的氢分子固然已经散架，我也失去了一条胳臂！包扎好伤口，我发觉自己跟先前的样貌已全然不同。按照约定，我应该改名叫硼了。这次事故让我心中涌起无尽的悲伤，“出师未捷身先死，长使英雄泪满襟”。我第一次真正见识到了宇宙的凶险。
碳原子核碎裂成硼原子核过程 | 图源： 暗物质卫星项目组
受伤之后，我在接下来的旅途中格外谨慎。我尽量不去招惹是非，但旅行生活也变得乏味枯燥。我对未来一片迷茫，我不知道我要去什么地方，也不知道为了什么而去。我对这场说走就走的旅程有点心灰意冷，甚至有点后悔。但我其实也回不去了，从公元前3000万年我离开家乡那一刻起就注定了这是没有回头路的旅程。
时间来到了公元二零二零年，我来到了一个名为太阳系的地方。这里离我的家乡可能有成千上万光年远了。我朝着太阳飞过去，路过了一个蓝色的气态行星，然后是一个躺着自转的气态行星，又看见一个带着漂亮帽子的行星，接着见到一个硕大的气态行星，然后是一个火红色的岩石行星，最后映入眼帘的是一个蓝色的覆盖着水的行星。在蓝色水晶星球旁边，我看见一个立方体形，披着金色外衣的物体，张着长长的翅膀绕着行星飞行。我径直朝着它飞过去了。眼看就要撞上去了，我回想起让我失去手臂的那一次碰撞，心中一阵悲凉，我竟然不想要躲开。也许我是太累了，也许我这一路上见得够多也体验够多了，也许是这亮闪闪的感觉让我想起了离开家的那一刻，我最终还是朝着它撞上去了。我想长眠于此！他们从我留下的残骸中解读出了关于我的一些关键信息，并最终刻在了我的墓碑上。
“悟空”号卫星的艺术加工图片 | 图源：暗物质卫星项目组
选择停留在这里的兄弟姐妹远不止我一个。它们出于各种各样的考虑，最终停止了前行的步伐。它们有的体格健全，只是显得有些沧桑，也有的比我更加惨烈，想来也是命运多舛。把这些兄弟姐妹的信息合并在一起，人们竟然描绘出了我们的旅途概貌：我们来自银河系中不同的地方，经历过约几千万年到上亿年的跋涉，有时会跟气体物质发生摩擦，导致一些不愉快事件，多数时候在空旷的银晕中穿行；不同的兄弟姐妹遇到的艰难险阻也各不相同，有的路途上荆棘遍布而有的则平坦顺利；练就过硬的本领才是闯荡江湖的资本，如果我们技艺越发高超的话（注：能量越高），那么发生摩擦的概率也会更小从而会更加安全。虽然不完全准确，竟也大差不差！
和地球附近其它人造探测器相比，“悟空”号记录下了更多的我的兄弟姐妹，特别是那少部分学艺尤其刻苦的佼佼者，把它们的经历也推断出来，发现竟比以前普遍认为的要更加坎坷。看来，宇宙生活不如意才是常态，一帆风顺只是偶然。
我想我这一生大概也没白走一遭。
“悟空”号测量的宇宙线硼-碳比例能谱（红点）揭示出一处明显的拐折，反映了高能段宇宙线粒子传播过程比过去所预期的（蓝线）更加曲折 | 图源：DAMPE collaboration (2022, Science Bulletin)
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DAMPE collaboration, Detection of spectral hardenings in cosmic-ray boron-to-carbon and boron-to-oxygen flux ratios with DAMPE. Science Bulletin, Published online 14 October 2022, doi: 10.1016/j.scib.2022.10.002
作者简介
袁 强
中国科学院紫金山天文台研究员，暗物质粒子探测卫星科学团队成员。主要从事暗物质卫星的数据分析和科学研究。
轮值主编：李国亮
编辑：王科超