侯超 董绪强

中国科学院高能物理研究所

通过前几期的宇宙线发现之旅，我们已经知道了原初宇宙线是来自外太空的高能粒子，它们从宇宙深处以接近光速的速度朝我们飞来，各个方向都有。绝大多数是带电粒子，包含太阳宇宙线(能量<100GeV)，银河系宇宙线(100 GeV~100 PeV)和能量大于100 PeV来自银河系以外的极高能宇宙线。原初宇宙线粒子到达海拔高度约30 km的时候开始与地球大气发生相互作用，产生广延大气簇射。因此，我们在地面上探测到的是次级宇宙线粒子，主要有伽马光子、电子、缪子等。我们用什么方法来判断这些原初宇宙线电荷的正负呢？它们的成分又是怎样的呢？这正是本期我们要探索的问题。

一、如何判断粒子带正电还是负电

首先我们回顾一下判断粒子带正电还是负电都有哪些方法。在高中物理课本上我们曾学到过，带电粒子在电场和磁场中受到力的作用，运动轨迹会发生偏转。在静电场中，带电粒子受到电场力的影响，

，当带电粒子垂直电场线运动的时候，正电荷向电场线方向偏转，负电荷则相反。同样在磁场中运动的带电粒子会受到洛伦兹力的影响，

，力的方向垂直于运动方向，这种力可以让带电粒子的运动轨迹发生偏转。我们可以利用左手定则去判断电荷所受洛伦兹力的方向，如图1。

图1 用左手定则判断带电粒子受洛伦兹力方向的示意图

对于负电荷，其受力方向与之相反。图2(a)显示的是一支阴极射线管，内部充满了荧光粉，电子通过时使荧光粉受激发光就可以看到电子的轨迹了。射线管的左侧阴极发出热电子，右侧阳极加高电压，则电子从阴极飞向阳极。这时候将磁铁靠近阴极射线管，可以看到电子的轨迹发生了偏转，如图2(b)所示，偏转方向与磁铁磁极的放置方向相关。老式电视机里面的阴极射线管就是利用的这个原理，通过加入特定变化的电磁场，使电子有规律地打在屏幕上，屏幕在接收到电子后，就会发出荧光，也就变成了我们看到的电视画面。