宇宙线物理

课程编码：180081070202P3004H 英文名称：Cosmic Ray Physics 课时：40 学分：2.00 课程属性：专业课 主讲教师：何会海等

希望实验粒子物理专业的一年级研究生了解宇宙线研究的基本问题、实验研究的基本手段、理论上取得的成就和前沿课题、当今该领域的发展水平和方向。要求本专业的研究生要清楚了解该领域的发展历史和基本问题，了解宇宙线物理实验的基本方法，了解当前重大实验的基本内容和已经取得的成就，了解我国在该领域的地位与贡献，未来实验研究的发展方向。要求熟悉宇宙线物理的基本理论，弄懂其粒子物理和相对论基础，清楚地了解现有理论的局限性，进一步深入理解现代宇宙线实验试图解决的问题。

粒子物理-1，粒子物理实验方法-1，电动力学（含狭义相对论）

第一章 宇宙线概论 2学时 张寿山
第1节 宇宙线的研究手段、历史和核心问题
第2节 宇宙线物理各个分支形成、研究的内容
第3节 宇宙线现象及其核心问题在人类知识结构中的地位和作用
第4节 宇宙线物理学科发展的现状和未来展望
第二章 宇宙线物理理论 14学时 毕效军
第1节 传播过程介绍，和传播相关的问题，各向异性，正电子超出，反质子能谱等
第2节 加速和辐射机制，个别的重要的宇宙线源
第3节 宇宙线结构，膝、踝、GZK截断等物理解释
第4节 暗物质研究，洛伦兹破坏等前沿问题的介绍
第三章 宇宙线实验理论基础 8学时 张寿山
第1节 电磁相互作用理论
第2节 电磁级联过程
第3节 强相互作用理论模型
第4节 强子级联过程
第四章 宇宙线实验原理 8学时 何会海
第1节 粒子的位置/簇射芯位测量
第2节 粒子的电荷测量
第3节 宇宙线成份区分
第4节 粒子的能量测量
第5节 量能器
第6节 粒子的到达方向测量
第7节 宇宙线实验中的模拟计算方法
第8节 宇宙线实验中的数据分析方法
第五章 宇宙线探测技术 6学时 何会海
第1节 空间直接测量实验一（Fermi/DAMPE）
第2节 空间直接测量实验二（AMS02/HERD）
第3节 大气切伦科夫望远镜（IACT/CTA）
第4节 地面粒子阵列（ARGO-YBJ/HAWC）
第5节 极高能宇宙线实验（Pierre Auger）
第6节 中微子实验（IceCube）
第六章 宇宙线研究领域的发展方向与LHAASO实验 2学时 何会海
第1节 总结课程的设计思路及领会要点
第2节 用LHAASO诠释宇宙线学科的未来发展动向和预期

何会海，1990年毕业于北京大学物理学系，同年进入中国科学院高能物理研究所工作。原高海拔宇宙线观测站（LHAASO）项目副经理兼总工艺师。先后入选四川省高层次人才引进计划、“天府英才计划”，中国科学院2023年度杰出科技成就奖突出贡献者，第28届中国青年“五四”奖章（集体）获得者。现为中国科学院高能物理研究所研究员，LHAASO科学运行总工程师，中国科学院大学岗位教授，博士生导师，国务院政府特殊津贴专家。长期从事伽马射线天文及宇宙线实验研究，先后参加了多个大型国际合作实验，在国内外学术杂志和会议上发表了多篇科学论文。

毕效军，2000年中国科学院理论物理研究所获博士学位，2000-2004年先后在清华大学、中科院高能物理研究所作博士后研究，2004-2010年至今历任中科院高能物理研究所副研究员、研究员。研究方向：暗物质物理和宇宙线物理。特别是，随着近年来宇宙线实验的迅速发展，宇宙线观测方面取得了一批高精度的实验结果，我们在通过宇宙线观测来搜索暗物质信号的间接探测方面进行了系统的研究。特别是基于AMS-02的最新观测结果开展了系统、深入的研究，并已取得若干有意义的物理结果。在解释 AMS-02、PAMELA、Fermi 等实验数据，探寻暗物质信号，限制暗物质粒子属性等方面取得了一定的成绩，文章获得了广泛的关注和大量引用。同时，随着LHC亮度提高，获得了大量的实验数据，依据LHC的数据研究暗物质信号等新物理也是工作的一个方向。发表论文 70余篇，论文总引用 1700余次，有3篇论文引用超过100次。其中应用 PAMELA 结果限制暗物质属性和LHC 上寻找超对称信号的论文分别被评为2009和2012年中国百篇最具影响国际学术论文。

张寿山，中科院高能所研究员，博导，主要研究方向为粒子天体物理，宇宙线物理及其探测技术。四川省特聘专家，省杰出青年基金获得者，高海拔宇宙线观测站（LHAASO）广角切伦科夫望远镜阵列负责人，RDTM期刊青年编委，LHAASO合作组带电宇宙线方向物理协调人，下一代大型成像望远镜阵列LACT预先研究负责人。已发表SCI文章30多篇，含Nature文章1篇，Science文章1篇。已指导毕业的博士生和硕士生6名，正在指导的博士生2名。"