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1、高能初级宇宙线由以下物质组成： 质子（占85%-90%） 氦核（占9%-14%） 较重原子核 微量反物质和正电子 射线和中微子 来自宇宙的粒子不分昼夜、持续不断地辐射到地球表面。它们与高层大气的原子核（氮，氧）相互作用，产生瀑布般的次级粒子流，包括介子，介子，子，电子，中微子等。 低能宇宙线来自太阳，中能宇宙线来自更遥远的星系，如超新星和脉冲星。 最近，阿根廷Auger实验室的一项研究表明:能量最高的宇宙线来自星系核。星系核中存在众多黑洞，黑洞是体积超级庞大的超新星在演变过程中的最后阶段。在黑洞中，发生着宇宙中最剧烈最强撼的运动。 早在1930年，科学家们就发现了宇宙线，并指出：质子、电子等基
2、本粒子也可以“自由”地漫游到物质之外。不久，人们在寻找和研究罕见物理现象的同时，发现这些宇宙线严重干扰了科学实验，譬如：测量质子稳定性、研究双衰变，探测暗物质等。这些实验不可能在地球表面进行，必须在地下实验室完成。因为覆盖地下实验室的岩层有效地屏蔽了地面上来自太阳和太空的宇宙线，包括质子、中子、电子、介子、介子、子等干扰实验的粒子，使实验精确度大大提升，使研究非常罕见的物理现象成为可能。此外，它为在地表无法实现、需要超低本底的实验提供了理想场所。 20世纪40年代，科学家在高山之巅研究宇宙线时发现：除电子、质子和中子外还存在其它粒子。为研究这些“新”粒子的性质，各国都建造了粒子加速器。如今，随
3、着科学的进步，粒子加速器的规模越来越大，能量越来越高。科学家因此发现了许多影响物质和物质间相互作用的重大物理规律，特别是建立了“无限大”和“无限小”之间的深刻关系，换言之：建立了粒子物理和天体物理之间的关系，即通过观察不可见却真实存在的粒子无限小现象来揭示大宇宙的奥秘。 地球以30km/s的速度围绕太阳旋转，而整个太阳系以220km/s的高速度围绕银河系中心（简称银心）旋转。可以天马行空地想象一下：2000亿颗星在广袤的太空，舞动着绝妙的芭蕾。 30年来，科学家们注意到了这些星体不可思议的高旋转速度。他们将可见星的总质量作为星系的总质量，便计算出每一颗星的旋转速度。但实际上，这些星的旋转速度要
4、比理论计算的快得多！ 因此，科学家们推断：有“暗物质”潜伏着！科学家们猜想暗物质是很小的星星，不能发出灿烂的光。但最近的研究表明，这部分“黯淡”的星最多占暗物质总量的10%。其它未知的粒子，自宇宙大爆炸以来就一直存在着的，可能构成暗物质群。中微子不仅在微观世界最基本的规律中起着重要作用，而且与宇宙的起源和演化有关。 粒子物理的标准模型认为：中微子是零质量的基本粒子。尽管它在宇宙中的数量多如牛毛，但至今仍是众多粒子中最神秘莫测的粒子，被了解的最少。两个基本问题待解决： （1）中微子的质量？ 如果有，为何如此之小？绝对质量值是多少？ （2）中微子的性质？ 英国保守派科学家Paul Dirac和意大
5、利年轻的理想主义物理学家Ettore Majorana持有两种对立的观点。Dirac认为中微子不等于反中微子；而Majorana提出：中微子的反粒子就是它自己，也就是说，对于中微子，物质和反物质一体，这个特性可以解释组成宇宙的物质是如何产生的。 天气晴朗时，太阳的万丈光芒照耀大地。此时的可见光最多也最明显，但同时还有肉眼看不见的辐射，如紫外线（造成中暑和炎热）、红外线、X射线（被高层气流吸收）。 太阳也是中微子的发射源，来自太阳的核聚变反应；但中微子同样能够来源于地球本身，我们的周遭环境，比如核电站、各种物质的衰变等。有时，来自遥远的超新星、类星体和耀变体强烈的大爆炸也会产生中微子云团。 中微
6、子是最轻的粒子，是所有粒子衰变的最终产物，因此宇宙中积存了大量自大爆炸以来产生的中微子。中微子不带电，电荷中性使它几乎不与任何物质发生反应，只参与非常微弱的弱相互作用。最新资料表明它有质量，但非常微小（尚不能准确地测量），中微子的质量直接影响到宇宙间物质的分布。它无处不在却难以捕捉，号称“隐身人”，以接近光速的速度遨游于太空。尽管每秒钟有1万亿个中微子穿越我们的手、身体，但我们很难发现它们的踪迹，难以对其展开研究。无处不在的中微子源： 太阳核聚变：640亿/cm2/s 银河系的超新星核聚变：10秒钟内50亿/ cm2/s 宇宙大爆炸：300个中微子残骸/cm3 核反应堆的衰变：200公里处10
7、万/cm2/s 人类自身钾40和炭14原子的衰变：8000个/s 地球物理和大气起源时的衰变：6百万/cm2/s 1930年，美籍奥地利物理学家沃尔夫冈 泡利（Wolfgang Pauli）为解释原子核衰变时的能量亏损，首次提出了“一种不可探测的中性粒子”的猜想，后由意大利物理学家恩里克费米（Enrico Fermi）正式命名为“中微子”；26年后，美国科学家莱因斯（F. Reines）和柯万（C.L.Cowan）领导的小组第一次通过实验直接观测到中微子。1987年，日本神冈的小柴昌俊和其他国家的科学家共捕获了24个超新星（SN1987A）中微子，标志着中微子天文学诞生。1998年，超级神冈实
8、验（SuperKamiokande）的万吨级水切伦科夫探测器（Cherenkov）观测到太阳中微子和大气中微子，并首次以确凿的证据发现了中微子振荡现象，即一种中微子能够转换为另一种中微子。这间接证明了中微子具有微小的质量,而非零。日本的水切伦科夫探测器是有史以来建造的最庞大的探测器，由11200个20英寸的光电倍增管和5万吨高纯水构成屏蔽层，看上去像一个巨大闪烁的游泳池。中微子振荡的发现被认为是超出粒子物理标准模型的第一个实验现象，说明“标准模型”目前仍不完整，有待修正和延伸。迄今，还有两个振荡参数尚未测到，而这两个参数极有可能解释宇宙中的“反物质缺失”之谜。日本神冈水Cherenkov探测器 每种粒子有不同的方式“看”世界。中微子具有超乎寻常的穿透力，它“看”世界就像一切都是空的，物质都是透明的。它轻而易举地穿越山川、河流，甚至整个地球而不被任何物质吸收。科学家们认为它可以穿越100光年厚铅块的极限。然而平均100亿个中微子中只有一个与物质发生反应，也就是说每年只有一个中微子与我们身体的一个原子发生相互作用，真可谓“非常之罕见”。因此，越来越需要建造大型探测器，阻止、捕捉中微子。 探测中微子的另一个必要条件是宇宙线屏蔽。如果在地面站进行中微子实验，探测到的宇宙线将比中微子多200万倍，信号将完全淹没于本底辐射。因此地下实验室是最理想的场所。
