CERN 實驗首創造「電漿火球」，解開宇宙低能伽馬射線失蹤之謎

利用歐洲核子研究組織 HiRadMat 實驗設施與超級質子同步加速器，科學家近首次在實驗環境創造出電漿火球，進一步破解宇宙隱藏磁場、缺失的低能伽馬射線等謎團。

這項研究專門為調查耀變體（Blazar）而設計，耀變體是密度極高的能量來源，通常中央具有發射噴流的超大質量黑洞，其中噴流產生極高能量伽馬射線（TeV），當它們穿過太空，會產生一連串電子-正電子對。

科學家預期這些電子-正電子對會散射，然後產生 GeV 範圍的低能伽馬射線，然而各伽馬射線太空望遠鏡觀測始終缺乏 GeV 宇宙射線數據，原因至今成謎。

對此科學家提出 2 種假設，其一為「弱星際磁場假說」，微弱的星系間磁場偏轉電子-正電子對，並導致由此產生的 GeV 射線遠離地球；其二為「電漿不穩定假說」，電子-正電子對在穿越星際物質的過程變得不穩定，光束驅動電流的微小波動產生內部磁場，從而在產生 GeV 射線之前就耗散能量。

為測試這些理論，研究人員利用歐洲核子研究組織（CERN）的 HiRadMat 實驗設施、超級質子同步加速器生成電子-正電子對，接著傳播到周圍電漿環境，當光束穿過背景電漿，正電子聚集、電子則擴散形成周圍的雲，猶如電漿火球，光束行進過程維持狹窄且幾乎平行，沒有被干擾或自生磁場跡象。

實驗結果表明第二個假設不成立，GeV 射線「失蹤」原因更可能是被星系間古老、微弱磁場偏轉，也代表星系間磁場雖然微弱（地球磁場億分之一），也足以偏轉粒子使其遠離望遠鏡觀測範圍。

此外，新結果引發另一個問題：如果星際介質具有磁場，那麼它如何在極均勻的早期宇宙中產生？答案可能涉及標準模型之外的新物理學，科學家期待即將建成的切倫科夫望遠鏡陣列（CTAO）進一步揭開宇宙磁場祕密。

（首圖來源：pixabay）

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