徐吉磊 刘金艳 高 崴

(1.中国科学院高能物理研究所 100049；2.北京市汇文中学朝阳垂杨柳分校 100021；3.北京大学附属中学石景山学校 100144)

在我们“真空”的宇宙中，时刻在飞行着各种高能粒子(各种原子核、电子、伽马光子等)，我们称之为原初宇宙线。通过“重走宇宙线发现之旅”系列课程《宇宙线发现之旅”》[1]《有多少宇宙线穿过我们的身体》[2]《电离之谜》[3]，我们已经知道，当它们飞向我们的地球时，在高空会与地球大气的氮、氧等原子核碰撞，产生很多次级粒子，次级粒子再碰撞产生更多的次级粒子，这一过程叫广延大气簇射。这些次级粒子中短寿命的如π、K介子等很快衰变，γ光子和电子也很快将能量损失殆尽，在到达人类生活的海平面高度的时候，宇宙线次级粒子的主要成分就变成了寿命相对长、能量损失小的缪子(μ子)。

μ子时刻在穿透我们的身体，但我们不能直接用眼睛看到它，需要借助额外的探测装置和探测方法。目前国际上探测宇宙线的主流方法分两种：一种是通过闪烁光的方法，如“系列课程”里讲的用塑料闪烁体作为介质的塑闪探测器，也有液体闪烁体作为介质的液闪探测器；另一种是切伦科夫光的方法，实验一般利用便宜的水作为介质，我们通常叫水切伦科夫探测器。本文将要介绍的使用水桶来探测宇宙线的装置，就是利用第二种产生切伦科夫辐射光的方法来探测宇宙线。实验中用到的水和水桶较易获得，学生自己可以尝试亲自动手实践，搭建简易的科学探测器，来观测宇宙线信号。……