近日，高海拔宇宙线观测站（LHAASO，拉索）在宇宙线“膝”区的单成分能谱高精度测量中取得新的突破。拉索团队在测量宇宙线氦原子核的通量随核的能量变化中，观测到超出预期的变化特征，以及由此引起的宇宙线丰度演化新特征。相关成果已于2026年3月26日在线发表于《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett. 136, 121001（2026）），并获编辑推荐，入选“物理特色”。该成果由中国科学院高能物理研究所主导，罗马第一大学等机构参与完成。
宇宙线是来自外太空的高能粒子，其能量跨越10^9eV至超过10^20eV的巨大范围，但其通量随能量则快速下降；在约3 PeV处，通量突然加速下降，使宇宙线的能谱形成酷似膝盖的结构，因而被称为“膝”，这一命名沿用至今近70年。2024年3月26日，LHAASO发布了所有种类宇宙线粒子总的通量和平均质量随能量变化最精确的测量结果（PRL 132, 131002 (2024)），显示膝由氢、氦两种原子核主导。随后在2025年11月16日，拉索又发布了氢核（即质子）能谱（Sci. Bull. 70 (2025) 4173–4180），由于达到可与太空探测器媲美的精度，发现能谱特征与总谱的膝状结构大相径庭，存在由拍电子伏宇宙加速器（PeVatron）贡献的特征性PeV高能组分。
本次发布的高精度氦核能谱结果显示存在类似的高能组分，在约1 PeV处能谱偏离既有的下降规律，呈现隆起的新组分，并在7 PeV附近观测到预期的突然加速下降，与氢核谱的测量结果一起，证实了“膝”区能段由氢、氦主导的重要结论，共同的能谱复杂结构揭示了银河系内多类加速源共存的特征。
此外，拉索的高精度测量还展显出有趣的宇宙线相对丰度交替变化的演化特征。在低能区，宇宙线氢核的丰度高达90%，随着能量呈明显的下降趋势，氦核丰度在约0.02 PeV处反超质子，以此外推，理论界一度预期在PeV能段就应由氦核主导。然而，拉索发现质子丰度在约0.7 PeV处再次反超氦核，并持续保持主导地位直至约5 PeV，此后氦核才重新成为丰度最高的原子核。宇宙线相对丰度随能量交替变化，反映了银河系内存在复杂的多种起源天体，对不同的原子核做出了差异性的贡献，更具体的机制还有待于更加深入的研究，尤其需要多波段、多信使的综合性研究。
拉索首次对“膝”区质子与氦核能谱开展了高精度测量，发现了新的PeV高能组分，与拉索在银河系内已探测到的PeVatron（如微类星体、年轻大质量星团等）存在潜在的关联，为揭示银河系高能宇宙线的起源与加速机制提供了关键性的新线索。
图1： 覆盖GeV–PeV宽能段的氢核与氦核能谱已实现高精度测量：低能段由国际空间站阿尔法磁谱仪（AMS）完成，中能段由“悟空号”卫星（DAMPE）完成，高能段由高海拔宇宙线观测站（LHAASO，拉索）完成。
论文链接：https://doi.org/10.1103/d838-49gt
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