宇宙线质子能谱的形状

近期对能量范围 $10^2$--$10^5$~GeV 内宇宙线粒子的观测揭示，该能谱无法用简单幂律描述。由磁谱仪 PAMELA 与 AMS02 首次观测到的在数百~GeV 量级能量附近的能谱硬化，现已被若干量能器探测器（ATIC、CREAM、CALET、NUCLEON 与 DAMPE）所确认。这些新测量达到更高能量，并表明该硬化对应的谱指数阶跃大于磁谱仪的估计。更高能量处的数据（来自 CREAM、NUCLEON 与 DAMPE）显示质子能谱在 $E \approx 10^4$~GeV 处经历明显软化。理解这些意外能谱特征的起源是银河系宇宙线模型的重大挑战。一个重要的开放问题是，在软化与“膝”之间质子能谱是否存在额外特征。广延空气簇射探测器利用需要对大气中宇宙线簇射建模的解折叠程序，估计了膝以下及膝附近（ $E \simeq 3$~PeV）的质子通量。然而这些结果具有较大系统不确定性且彼此一致性差。IceTop/IceCube 近期呈现的 PeV 能量范围测量表明，质子通量高于假定恒定斜率外推直接测量所得，因而要求在膝以下存在额外的能谱硬化。澄清此问题对理解银河系宇宙线起源非常重要，且对精确计算大气中微子能谱（ $E \gtrsim 10$~TeV 处它们构成新兴天体物理 $\nu$ 信号的前景本底）也必不可少。