摘要 19世纪初,物理学家们发现了空气电离的现象,并开展了一系列实验测量,探究空气电离之谜[1]。物理学家通过测量电离率与海拔的关系,从而确定了这些神秘射线来自于外太空[2],继而有了"宇宙射线"的概念。宇宙射线的发现吸引了众多物理学家的兴趣,人们对于这一神秘射线的发现充满了好奇和怀疑。虽然奥地利物理学家维克多·赫斯的实验结果清晰表明电离率会随着海拔升高而增加,但是依然有很多物理学家对这一发现提出了质疑,其中就包括美国著名实验物理学家罗伯特·安德鲁·密立根。密立根于1909年设计了著名的"油滴实验",首次测量了电子电荷,从而证明了电荷的不连续性。密立根也因其在测量电子电荷以及验证爱因斯坦光电方程方面的工作获得了1923年的诺贝尔物理学奖。密立根对研究宇宙射线产生了浓厚的兴趣,他首先对赫斯的结果产生了怀疑。他在1926年的美国物理年会上宣传"the whole of the penetratingradiation is of local origin"[3]。作为一名杰出的实验物理学家,密立根很快提出了自己的实验方案。他选择在两个不同海拔高度的湖泊对空气电离率进行测量。一方面,湖泊放射性弱,本底背景比较干净;另外一方面还可以测量不同水深的电离率。密立根发现不同海拔高度湖面的电离率不一样,高海拔湖面的电离率比低海拔湖面要高,而且发现两米深湖水的吸收长度大致与2千米空气的相当,因此证明了宇宙射线确实来自于外太空[4]。既然知道了这些神秘射线来自外太空,那么另外一个问题也随之而来,即这些神秘射线究竟是什么呢?
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