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宇宙空间射线中微子探测技术是一项非常令人激动的研究领域。
射线中微子是极微小的粒子，但是它们可以穿过数百米的固体材料。
这对于物理学家来说，是一种具有巨大研究价值的粒子。
射线中微子探测技术能够用来探索宇宙中的一些最基本的问题，如宇宙暗物质、黑洞等。
本文将讨论的优点、应用和未来前景。
的主要优点在于，它能够探测到那些没有电荷的粒子，而其他类型的射线探测器却不行。
这就意味着，宇宙空间射线中微子探测器能够看到那些观测不到的宇宙现象。
例如，宇宙空间射线中微子探测器可以探测到宇宙暗物质中的中微子，这是其他传统探测器不能做到的。
此外，由于射线中微子不和其它粒子有相互作用，因此粒子能够直接穿越整个地球，即使高山、海拔、嵌入地心的探测器，也能够探测到射线中微子。
除了探测宇宙暗物质的应用，还有许多其他的应用。
例如，它们可以用来研究黑洞、超新星爆发和宇宙射线的来源。
宇宙空间射线中微子探测器可以拓展我们的视野，揭示宇宙中那些隐藏的秘密。
未来，将继续发展，并提供更多的应用。
首先，射线中微子探测器将变得更加灵敏。
这将有助于减少背景噪音，从而使仪器更加精确，并能够探测到更微小的事件。
其次，更多的探测器将被建造在不同的地点以获得更丰富的数据，并对比这些数据进行更为准确的研究。
第三，宇宙空间射线中微子探测器将与其他探测技术相结合，以增强对宇宙中某些现象的观测能力。
例如，它们可以与天文望远镜一起使用，以更好地探测黑洞和超新星爆发。
总结来说，是一种极为重要的科学研究领域。
这些微小的粒子可以帮助我们探索宇宙的一些最基本的问题，包括宇宙暗物质、黑洞和超新星爆发等。
随着这项技术的不断发展，未来的应用前景将会更加广阔。
宇宙中还有许多未解决的问题，我们相信将为我们提供越来越多的答案。
太空中天体和宇宙射线的影响和探测在人类的探索史上，太空一直都是一个引人入胜的话题。
在太空中，有众多的天体和自然现象等待着我们去探索和发现。
不仅如此，太空中的宇宙射线也是极为重要的研究对象。
那么，天体和宇宙射线究竟是如何影响我们的，并且如何被探测呢？首先，我们来看看天体对于人类的影响。
太空中有众多不同的天体，包括行星、卫星、彗星等等。
这些天体都拥有不同的特征和性质。
在太空探索中，人类通过对这些天体的研究，可以获得更多的关于宇宙起源和演化的信息。
其中最为重要的便是对于星系的探测。
在人类的观察史上，很多发现都是源于对于星系的探测。
比如，黑洞的发现、引力波的探测等等，都有着重要的贡献。
此外，在太空中的星系还有可能存在着类地行星的天体。
通过对这些天体的研究，人类也许可以获知更多有关生命起源的信息，这对于人类的生存和发展都有着重要的意义。
除了行星，天体中还存在着一种神秘而神奇的物体，那就是黑洞。
黑洞是一种较为普遍的宇宙现象。
简单来说，黑洞是一种物质极为密集，吸引力极为强大的天体。
事实上，黑洞的引力是如此之大，以至于连光都无法逃脱其吸引。
对于黑洞的探测和研究，可以帮助人类更好地了解宇宙万物的本质，从而进一步发展宇宙科学。
不仅如此，在太空中还存在着一种极为强大而危险的物质，那就是宇宙射线。
宇宙射线产生于太空中的天体碰撞、超新星爆发、甚至是黑洞的存在等等。
这些射线的能量非常高，对于人类和地球也有着极大的危害。
宇宙射线对于人类的危害体现在很多方面。
首先，宇宙射线会对于人类的健康产生严重的影响。
在太空中的宇航员因长期暴露在宇宙射线下，容易患上肿瘤等疾病。
其次，宇宙射线还会对太空技术的运行产生负面影响。
在太空卫星工作时，宇宙射线会对电子设备产生损害，导致卫星系统崩溃等问题。
为此，人类发展出了一系列手段对于宇宙射线进行探测。
其中比较常见的有磁谱仪、探测器、望远镜等。
这些设备能够通过测量宇宙射线的能量、角分布等参数来进行研究和探测，对于深入了解宇宙射线的本质也有着重要的帮助。
高能粒子天体物理中暗物质粒子探索概述：暗物质是宇宙中的一个重要组成部分，但是对于暗物质的性质和存在形式，科学家们依然知之甚少。
在高能粒子天体物理领域，科学家通过对宇宙射线、天体γ射线以及中微子的观测，尝试揭示暗物质粒子的存在和性质。
本文将围绕高能粒子天体物理中的暗物质粒子探索展开，介绍暗物质的观测方法、理论模型和最新研究进展。
观测方法：高能粒子天体物理中，科学家主要通过间接观测的方式来寻找暗物质粒子的存在。
一种常用的方法是利用宇宙射线。
宇宙射线是非常高能的带电粒子，它们在进入地球大气层后会与大气分子发生碰撞，产生次级带电粒子。
研究者通过观测、统计这些次级粒子，推测宇宙射线的起源，进而间接研究暗物质的性质。
此外，天体γ射线和中微子也是研究暗物质的重要观测工具。
天体γ射线是极高能的电磁辐射，源自于高能天体的非热电子过程，如超新星爆发等。
天体γ射线探测器可以对γ射线进行精确测量，通过观测γ射线的产生、传播和吸收等过程，探索暗物质的性质。
中微子则是与普通物质几乎没有相互作用的粒子，可以穿越铅厚度为数百米的物质而不被吸收。
通过观测中微子的产生和传播过程，科学家可以间接研究高能物理过程，揭示暗物质的性质。
理论模型：暗物质粒子的理论模型有多种，其中一种常见的模型是冷暗物质（CDM）模型。
CDM模型认为暗物质是一种与粒子标准模型中的粒子相互作用较弱的非常规物质。
它的质量通常非常大，通过引力影响宇宙结构的形成和演化。
此外，暗物质的其他模型包括参量暗物质（ADM）模型、热暗物质（WDM）模型和超对称暗物质（SUSY）模型等。
它们都在不同程度上解释了暗物质在宇宙学、粒子物理和高能天体物理中的重要性。
最新研究进展：近年来，高能粒子天体物理中暗物质粒子探索取得了一些重要进展。
例如，国际科学家合作建设的大型宇宙射线实验（LHAASO）已经投入运行。
LHAASO是中国科学家主导的国际性科学合作项目，它能够测量高能宇宙射线的能谱和组成，为暗物质粒子研究提供了新的数据。
宇宙射线探测宇宙射线是指自宇宙中各种天体中传来的高能粒子和辐射，包括高能电子、质子、中子、光子等。
宇宙射线的研究对于揭示宇宙的起源、结构和演化具有重要意义。
因此，宇宙射线探测成为现代天文学领域中重要的研究方向之一。
一、宇宙射线的特点宇宙射线具有以下几个显著的特点：1. 高能粒子：宇宙射线中的粒子能量巨大，远远超过地球上产生的射线能量。
2. 来源广泛：宇宙射线来自各种天体，包括恒星、星系、星云、超新星等。
3. 不稳定性：宇宙射线强度随时间和空间位置的变化而变化，且存在季节性变化。
二、宇宙射线探测的方法1. 地面观测：地面观测是宇宙射线研究的最早方法之一，利用地面观测站点布设的探测器，可以记录宇宙射线的能量、强度、方向等参数。
其中，雨量室、闪烁体探测器等是常用的地面观测设备。
2. 高空探测：为了避免地球大气层对宇宙射线的吸收和散射影响，科学家们开展了很多高空探测实验。
例如，运载火箭、卫星等载体能够将探测器送入高空，更准确地监测宇宙射线。
3. 深空探测：随着航天技术的发展，人类开始直接在太空中开展宇宙射线探测。
例如，国际航天站上的宇航员可以利用射线探测仪器检测宇宙射线，并记录下相关数据。
三、宇宙射线探测的重要性1. 揭示宇宙演化：宇宙射线中所携带的信息可以帮助科学家们研究宇宙的起源、结构和演化，进一步了解宇宙是如何形成和发展的。
2. 探索黑洞与暗物质：宇宙射线可以帮助科学家们寻找黑洞和暗物质的存在。
通过分析宇宙射线的能量和轨迹，我们可以了解其究竟是否与黑洞和暗物质相关联。
3. 深入了解行星磁场：宇宙射线的研究也涉及到对行星磁场的了解。
射线与行星磁场的相互作用会产生一系列特殊现象，通过观测和分析这些现象，我们可以了解行星磁场的性质和特点。
四、宇宙射线探测的挑战与前景1. 仪器技术的挑战：宇宙射线探测需要先进的仪器技术支持，包括高精度的探测器、灵敏的测量仪器等。
科学家们需要不断改进和创新仪器技术，以提高宇宙射线探测的精度和可靠性。
中国空间物理学发展的回顾和展望中国空间物理学发展的回顾和展望空间物理学是研究大气层以上空间环境中的物理学问题的一个分支学科。
它涵盖了多个领域，包括太阳活动、地球磁场、空间等离子体和宇宙射线等。
随着科技的不断进步，中国空间物理学发展的历程也越来越值得回顾和展望。
一、历史回顾中国空间物理学研究始于20世纪50年代，当时主要是研究太阳风和地球磁场。
1960年代初期，中国开始布设地磁台和天文观测台，并投入大量人力和物力研究空间环境。
1970年代，中国开始进行人造卫星探测和利用地面探测数据进行研究。
1980年代，中国推出了多个空间物理学实验卫星，并建立了一系列探测系统，如宇宙射线探测系统和空间环境探测系统等。
1990年代以后，中国开始着重研究空间环境中的宇宙射线和等离子体等问题。
二、现状和发展展望中国目前在空间物理学领域已经取得了很多重要的成果，如成功发射多个空间物理学实验卫星、建立完善的空间探测系统等。
还有很多研究项目正在进行中，如在南极建立太阳物理观测台、开展“嫦娥”月球探测等等。
未来，中国空间物理学的发展还将有很多机遇和挑战。
一方面，由于人类活动和气候变化等因素的影响，空间环境面临着越来越多的风险和挑战，如太阳风暴、宇宙射线等。
因此，中国需要加强与世界各国的合作，共同研究解决这些问题。
另一方面，未来中国空间物理学领域还将面临创新和发展的挑战，如如何开展更加深入的研究、缓解人力和物力的瓶颈等问题。
综上所述，中国空间物理学虽然已经取得了很多成就，但是仍需要不断努力和创新。
相信在未来的发展中，中国空间物理学将会取得更加重要的成果。
天文科普之揭秘宇宙线，打开宇宙之门的金钥匙版权所有：中国科普博览/gb/special/20110830_yzx/jmyzx.ht ml#list1宇宙线是一种来自宇宙的高能粒子流，是联系宇观、微观世界和日地环境变化的天然的宝贵科学资源。
自1912年奥地利物理学家赫斯（Hess）乘坐热气球发现宇宙线以来，宇宙线研究已取得了很大成就，而我国创建的羊八井国际宇宙线观测站已成为世界一流宇宙线观测窗口。
时值第32次国际宇宙线学术大会之际，一场纪念宇宙线发现者HESS举办的公众报告，为国内的科学爱好者讲述宇宙线和高山观测，解开宇宙线的神秘面纱。
所谓宇宙射线，指的是来自于宇宙深处的高能粒子流，携带着宇宙起源、天体演化、太阳活动及地球的空间环境等科学信息，是一种宝贵的科学资源。
1912年，德国科学家韦克多·汉斯带着电离室在乘气球升空测定空气电离度的实验中，发现电离室内的电流随海拔升高而变大，从而认定这是来自地球以外的一种穿透性极强的射线所产生的，于是有人为之取名为“宇宙射线”。
宇宙射线的发现奥地利物理学家赫斯(VictorFranzHess,1883-1964)（右图）是一位气球飞行的业余爱好者。
他设计了一套装置，将密闭的电离室吊在气球下。
他乘坐气球，将高压电离室带到高空，静电计的指示经过温度补偿直接进行记录。
他一共制作了十只侦察气球，每只都装载有2～3台能同时工作的电离室。
1911年，第一只气球升至1070米高，辐射与海平面差不多。
1912年，他乘坐的气球升空达5350米。
他发现离开地面700米时，电离度有些下降（地面放射性造成的背景减少所致），800米以上似乎略有增加，而后随着气球的上升，电离持续增加。
在1400米～2500米之间显然超过海平面的值。
在海拔5000米的高空，辐射强度竟为地面的9倍。
由于白天和夜间测量结果相同，因此赫斯断定这种射线不是来源于太阳的照射，而是宇宙空间。
赫斯认为应该提出一种新的假说：“这种迄今为止尚不为人知的东西主要在高空发现……它可能是来自太空的穿透辐射。
2015—2016学年度第二学期期末考试高二年级物理试题考试时间：90分钟 满分：100分一、选择题（本题共12小题，1-8题在每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题意的。
9-12题有多个选项正确，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分,每小题4分，共48分。
）1．质量为0.5 kg 的物体，运动速度为3 m/s ，它在一个变力作用下速度大小变为7 m/s ，方向和原来方向相反，则这段时间内动量的变化量为( )A ．5 kg·m/s，方向与原运动方向相反B ．5 kg·m/s，方向与原运动方向相同C ．2 kg·m/s ，方向与原运动方向相反D ．2 kg·m/s ，方向与原运动方向相同2．一个质量为M 的玩具枪，放在光滑的水平桌面上，当从它里面射出一个质量为m 、速度为v 的弹丸后，枪的反冲速度为( )A ．－v B.－mv MC.mv MD.－mv M －m3.一颗子弹水平射入置于光滑水平面上的木块A 并留在其中，A 、B 用一根弹性良好的轻质弹簧连在一起，如图所示．则在子弹打击木块A 及弹簧被压缩的过程中，对子弹、两木块和弹簧组成的系统( )A ．动量守恒，机械能守恒B ．动量不守恒，机械能守恒C ．动量守恒，机械能不守恒D ．无法判定动量、机械能是否守恒4.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施 是( )A ．改用频率更小的紫外线照射B ．改用X 射线照射C ．改用强度更大的原紫外线照射D ．延长原紫外线的照射时间5．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了大角度偏转，其原因是( )A ．原子的正电荷和绝大部分质量都集中在一个很小的核上B ．正电荷在原子中是均匀分布的C ．原子中存在着带负电的电子D ．原子只能处于一系列不连续的能量状态中6．如图为氢原子的能级图，用光子能量为13.06 eV 的光照射一群处于基态的氢原子，可能观测到氢原子发射的不同波长的光有多少种( )A. 1B. 10C. 4D. 17．“朝核危机”引起全球瞩目，其焦点就是朝鲜核电站采用轻水堆还是重水堆．重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239（Pu 23994），这种钚239可由铀239（U 23992）经过n 次 衰变而产生，则n 为A ．2B ．239C ．145D ．928．下列光的波粒二象性的说法中，正确的是( )A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著D．大量光子产生的效果往往显示出粒子性9．(多选题)光电效应的实验结论是：对某种金属( )A．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大10．(多选题)如图所示为氢原子的能级图，A、B、C分别表示电子在三种不同能级跃迁时放出的光子，其中( )A．频率最大的是B B．波长最长的是CC．频率最大的是A D．波长最长的是B11. (多选题)“中国月球着陆探测器”在中国航天馆揭开神秘面纱．它将带着中国制造的月球车，在38万千米之外的月球表面闲庭信步．月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的32He含量十分丰富，科学家认为，32He是发生核聚变的极好原料，将来32He也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大．关于32He，下列说法正确的是( )A.32He的原子核内有三个中子两个质子B.32He的原子核内有一个中子两个质子C.32He发生聚变，放出能量，一定会发生质量亏损D.32He原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起12．(多选题)关于放射性同位素应用的下列说法中错误．．的是A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静电的目的γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视B．利用C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害二、填空题(每空2分，共20分)13．一置于铅盒中的放射源发射出的α、β和γ射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀强电场，进入电场后，射线变为a、b两束，射线a 沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图所示，则图中的射线a为______射线，射线b 为______射线．14．某放射性元素经20天后剩下原有质量的6.25%，可知，其半衰期为________，再经10天，剩下质量为最初质量的________．15．如图所示为“碰撞中的动量守恒”实验装置示意图。
《中国天眼能发现什么》宇宙射线追踪《中国天眼能发现什么——宇宙射线追踪》在广袤无垠的宇宙中，充满了无数的奥秘和未知。
而在中国，有一项伟大的科技成就——中国天眼（500 米口径球面射电望远镜，简称FAST），正如同一只敏锐的眼睛，探寻着宇宙深处的秘密。
其中，宇宙射线的追踪就是其重要的任务之一。
那么，什么是宇宙射线呢？简单来说，宇宙射线是来自于宇宙空间的高能粒子流。
这些粒子包括质子、电子、氦核以及更重的原子核等，它们以接近光速的速度在宇宙中穿梭。
宇宙射线的能量极高，有些甚至比地球上最强大的粒子加速器产生的粒子能量还要高上许多倍。
中国天眼在宇宙射线追踪方面具有独特的优势。
首先，它拥有巨大的口径，这使得它能够接收到更多来自宇宙深处的微弱信号。
就好比一个巨大的“漏斗”，能够收集到更多的“雨水”（宇宙射线信号）。
通过中国天眼，我们可以发现宇宙射线的起源。
目前，对于宇宙射线的起源还存在许多未解之谜。
它们究竟是来自于超新星爆发、恒星形成区，还是来自于星系中心的超大质量黑洞附近？中国天眼通过对宇宙中不同区域的观测和分析，有可能为我们揭示这些神秘源头的位置。
比如说，当一颗恒星在生命的末期发生超新星爆发时，会产生极其强大的能量和物质抛射。
这些抛射物中可能就包含着大量的高能粒子，成为宇宙射线的一个重要来源。
中国天眼可以对超新星遗迹进行细致的观测，通过分析接收到的射电信号，帮助科学家了解这些粒子是如何加速到如此高的能量，并最终逃离成为宇宙射线的。
此外，中国天眼还能够帮助我们研究宇宙射线在传播过程中的变化。
宇宙射线在穿越宇宙空间时，会与星际介质发生相互作用，从而导致其能量和组成发生改变。
通过对不同距离和方向上的宇宙射线进行观测，我们可以了解宇宙射线在传播过程中的能量损失、散射等情况，进而更好地理解宇宙空间的物理环境。
中国天眼还为我们探索暗物质与宇宙射线的关系提供了可能。
暗物质是宇宙中一种神秘的物质，至今尚未被直接探测到。
然而，有理论认为，暗物质的相互作用可能会产生高能粒子，进而成为宇宙射线的一部分。
2024年高考物理高频考点押题预测卷01（北京卷）一、单选题 (共6题)第(1)题如图所示，带有一白点的灰色圆盘，绕过其中心且垂直于盘面的轴沿顺时针方向匀速转动，转速。
在暗室中用每秒16次的频闪光源照射圆盘，则站在暗室中静止不动的观察者观察到白点转动的方向、白点转动的角速度的大小分别为（ ）A．顺时针方向，B．顺时针方向，C．逆时针方向，D．逆时针方向，第(2)题卫星电话信号需要通地球同步卫星传送，如果你与同学在地面上用卫星电话通话，则从你发出信号至对方接收到信号所需最短时间最接近于（可能用到的数据：月球绕地球运动的轨道半径约为3.8×105km，运行周期约为27天，地球半径约为6400km，无线电信号的传播速度为3×108m/s）（）A．0.1sB．0.25sC．0.5sD．1s第(3)题如图所示，甲、乙两位同学用废纸团对准纸篓玩“投篮”游戏，他们分别以水平初速度和将纸团抛出，其中甲、乙两同学的抛出点距地面的高度分别为和，甲、乙两同学距离纸篓的水平距离分别为和，且，，结果甲抛出的纸团落在纸篓后方，乙抛出的纸团落在纸篓前面，不计空气阻力，下列说法正确的是（ ）A．甲抛出纸团的初速度一定大于乙抛出纸团的初速度B．保持不变，增大的同时增大，甲可能将纸团投进纸篓C．保持不变，增大的同时减小，乙可能将纸团投进纸篓D．保持不变，增大的同时增大，乙一定能将纸团投进纸篓第(4)题“天问一号”从地球发射后，在如图甲所示的P点沿地火转移轨道到Q点，再依次进入如图乙所示的调相轨道和停泊轨道，则天问一号（ ）A．发射速度介于7.9km/s与11.2km/s之间B．从P点转移到Q点的时间小于6个月C．在地火转移轨道运动时的速度均大于地球绕太阳的速度D．在停泊轨道的机械能比在调相轨道的机械能小第(5)题自然界中的碳主要是碳12，也有少量的碳14。
宇宙射线进入地球大气层时，同大气作用产生中子，中子撞击大气中的氮引发核反应产生碳14。
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现代物理知识
宇宙射线的观测
——适合高中以上学生进行之近代物理实验
萧先雄
美国费米国家加速器实验室(FNAL)在2000年成立夸克网(QuarkNet)的组织，开始推动一个结
合高能物理及网络技术的教学计划， 参与的学生能够测量及分析宇宙射线，不但可以了解相关的近代物理知识及高能实验的技术，也学习到团体合作及互相讨论的科学精神。
2006年，由东吴大学物理系为代表加入了夸克网的计划， 成立台湾夸克网的组织，目前已有六所大学(东吴大学、辅仁大学、联合大学、中央大学、成
功大学及高雄师范大学)物理相关的系所、中央研究院物理所、网格中心(ASGC)及台北市立天文教育馆参与。
以下先介绍夸克网的计划缘起及内容， 然后解释能够进行的近代物理实验及在线实验室(e-Lab)的使用，最后说明台湾夸克网的近程及远程的目标，希望能广泛地邀请各高中及大学加入。
一、夸克网
科学是一个团队合作的工作，学生也应该在大型的科学计划里扮演重要的角色，而且科学本身也提供了一个建构式的学习环境，因此我们可以整合部分的研究内容，探讨只具有粗略架构的问题，就能够有效地帮助学生学习到最新的知识及培养解决问题的能力。
一个由美国费米国家加速器实验室主持的科学教育计划，名称是夸克网，设计了一套教室型宇宙射线探测器及透过网络使用的在线实验（e-Lab ），非常适合高中生以上程度的学生使用。
目前北美洲已经有50个不同区域的学校参与，此计划也继续推广到美国之外的地区，有机会成为一个深具科学教育意涵及全球性的宇宙射线探测网，同时也提供给其他研究课题，例如LHC 的CMS 实验及重力波实验的LIGO ，作为推广科学教育的一个范本。
夸克网的宇宙射线探测器主要包括：四支闪烁体计数器、一片数据获取卡、温度计、气压计及一
个全球定位系统（GPS ），全部只需要一个5伏的直流电源就可以操作。
这套探测器能准确地获取宇宙射线到达的时间及数量，而闪烁体计数器有足够的灵敏度捕捉从低到高能量的宇宙射线中的基本粒子， 甚至有获得极高能量的稀少事件的可能性，这些经过数据获取卡判读的记录，经USB 线传输储存在计算机的硬盘里，之后再上传到网络的服务器，形成一个庞大的数据库。
参与夸克网计划的学生可以组成一个研
究群，联合广大区域内的其他学校的探测器形成一个团队，当数据都上传到了网络上的服务器后，利用在线实验室选择不同学校的数据进行分析， 即使学校没有相关的仪器， 学生也可以在在线实验室上取得这些数据，分析这些数据。
加入这个计划，学生就拥有了一个学习的好机会，同时也可以对宇宙射线的科学研究做出实质的贡献。
图1 夸克网的宇宙射线探测器
二、以探测宇宙射线为主题的近代物理实验 1912年，赫斯（Victor Hess ）乘坐气球至数千米的高空，证实了宇宙射线的存在。
之后，宇宙射线就一直是科学研究里的一个很重要的课题。
事实上，在我们的大气层的上层部分，充满了从遥远星
22卷第6期 (总132期) ·
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球过来的这些粒子，大部分的粒子也都有足够的能量穿过大气层，产生很多的次级粒子到达地表，平均每分钟在一平方厘米的范围内，就有一个这样的粒子穿过。
最让我们惊讶的是；有些宇宙射线的能量，不但具有千万倍以上人造加速器的最大能量，同时更有些粒子的能量多出六倍以上现在理论容许的范围。
目前已经探测到两个这样的事件， 而科学家也积极地在研究它们的来源。
因此我们知道，大自然本身就是一个绝大的加速器，它产生高能的粒子（宇宙射线），充斥在我们的四周。
虽然粒子物理的实验都需要高能粒子加速器来进行，但是我们只要利用现成的宇宙射线，一样可以在学校里进行高能的实验。
利用夸克网的仪器，有四项适合学生做的实验，分别是：1. 闪烁体计数器最佳工作状态参数的设定；2. 地表的宇宙射线以μ占大多数，测量在各种情况下宇宙射线即μ的通量（flux ）；3. 验证狭义相对论时间变慢的效应及测μ寿命（lifetime ）的实验；4. 测量大范围的宇宙射线空气簇射（Cosmic Ray Air Shower ）。
以下分别叙述这几项实验的内容。
另外，为了增加说服力及提升同学的兴趣，我们也设计了一个可以目视并可用摄影机记录宇宙射线轨迹的云雾室，可以让同学有机会探讨其他物理领域的知识。
1. 闪烁体计数器最佳工作状态参数的设定 学生第一次使用仪器时，先要将闪烁体与光电倍增管确实封装成计数器，然后透过连接的计算机下指令控制数据获取卡，进行校正及测试计数器的反应，得到让计数器工作的适当电压值及模拟信号数字化的阀值。
图2 组装一支闪烁体计数器后，先进行基本的量测
2. 宇宙射线的通量实验
学生在这个项目里，可以研究宇宙射线通量随时间的变化、随太阳活动的变化、因地磁影响而呈现东西方向的差异、随水平夹角的变化、随气压、随高度的变化，等等。
学生可以有自己的想法，并且加以验证。
图3是2010年，大二同学在暑假期间，用间隔110cm 的两支计数器，测量通量值与水平夹角的关系，图4 是测量值分析的结果，显示在误差范围内与理论预测的关系是一致的。
图3 简易的方式进行水平夹角的变化
图4 在误差范围内，显示理论与实验的吻合度佳
3. 验证狭义相对论时间变慢的效应及测μ的寿命的实验
μ的寿命只有2.2微秒，而大部分的μ是在大气层上层约30千米处产生的，即使以光速进行，也要100微秒的时间才能到达地面。
但是学生确实可以在教室里用计数器测到μ的通量，因此学生就应该会
感觉奇怪，为什么还会有很多μ到达地面？而会想要追究原因了。
这在近代物理里，是一个经典的实验，
可以证明狭义相对论时间变慢的效应。
当然，这个时间变慢的解释是要用到μ是在上层大气产生的假设，所以同学需要用不同高度的学校取得的数据来推算出时间变慢的效应。
如果有些μ在经过计数器时停留下来了，并且产生衰变的过程，我们利用数据获取卡取得μ衰变的信号，再利用在线实验室分析得到μ寿命的实验值，如图5所示。
图5 利用在线实验室分析μ寿命，得到2.18微秒的结果
4. 空气簇射的实验
每一支计数器的联机有10米长，四支计数器就已经可以形成一个小型的探测网，但是链接的全球定位系统GPS提供了一个分辨率很好的绝对时间值，更可以结合不同地点的探测仪形成一个广大范围的探测网。
在此项实验里，学生可以使用分布在校园里的仪器研究范围较小、能量较低的簇射或与其他学校联合研究范围较大、能量较高的簇射。
图6是用我们设计的云雾室实际观察到的簇射现象，就可以说明此项实验的目的。
图6 由照片上方进入云雾室几乎平行的一束轨迹线，
疑似是发生在附近的空气簇射现象
三、台湾夸克网的近程及远程的目标
2006年东吴大学邀请美国三位夸克网的专家巴丁( Marge Bardeen)、切奇雷（Ken Cecire）、乔丹（Tom Jordan)，在东吴大学举办了为期三天的第一届台湾夸克网工作坊，指导参加的人员架设宇宙射线探测器，并由几所大学的学者专家讲演相关的课题。
之后2009年及2010年相继举办第二及第三届的工作坊，分别由台北天文科学教育馆及辅仁大学主办。
届至目前为止，所有的经费，包括购买探测器在内（每套约美金5千元），都是由参与的单位协助支出，以训练自己的学生为主；其中辅仁大学物理研究所已有一篇硕士论文，以此为题目进行深度的研究；东吴大学物理系在今年把此计划的实验项目纳入了四年级近代物理实验里，预计明年成功大学也会比照进行；也有数组参与中研院物理所的大学专题生，利用寒暑假学习高能物理的机会，一并学习了夸克网探测器的使用方法。
就科学教育的观点来看，台湾夸克网与美国夸克网一样都是提供高中教学，甚至是大学到研究所教学所需要的有关粒子物理与宇宙学的一个教学的平台；不同的地方在于：1. 除了闪烁体计数器外，我们也提供了云雾室为辅助；2. 台北天文科学教育馆帮忙进行夸克网在线实验室的中文化，以适合在中文的环境推广；3. 增加宇宙射线与环境的课题，学生可以深入了解全球气候的变迁。
目前有几组的大学教授帮忙设计及编辑学生学习的教材，也有专业的信息人员帮忙做资源整合及系统的维护。
我们不但安排大学生参与各项的工作，也指导研究生以夸克网的理论及实验为主题，进行深入的了解，台湾夸克网以类似美国outreach计划的做法，继续推动、参与国内的科学教育。
综观以上所述，我们短期目标是要推广夸克网到全台湾的阶程，不但要完成中文化的在线实验室，还预备建立3个完整的夸克网中心，其中至少有一个夸克网中心是具备20套宇宙射线探测器的网络，然后继续加强与美国费米实验室的关系，进而推广夸克网到全球性的阶程；我们长期目标是要成立一个有经费支持、有专任人员的团队，可以维护及协助发展全台湾的夸克网，成为一个结合科学教育与科学研究的模范网络，然后在这个基础上推广e-Science，并让e-Science在台湾生根。
（台北市东吴大学物理学系 111）
·50 ·现代物理知识。
