世界屋脊上的觀(guān)天陣列——高海拔宇宙線(xiàn)觀(guān)測站“拉索”看點(diǎn)解析

新華社北京5月10日電

(相關(guān)資料圖)

新華社記者張泉

四川稻城海子山，海拔4410米處的一大片圓形區域內，數千個(gè)不同類(lèi)型的探測器緊密有序排列，形成一個(gè)巨大的觀(guān)測陣列，時(shí)刻捕捉著(zhù)來(lái)自宇宙深處的信息。

這是以宇宙線(xiàn)觀(guān)測研究為核心目標的國家重大科技基礎設施——高海拔宇宙線(xiàn)觀(guān)測站“拉索”（LHAASO）。5月10日，“拉索”通過(guò)國家驗收，將致力于探索宇宙線(xiàn)起源之謎，并通過(guò)觀(guān)測宇宙線(xiàn)探索更多宇宙奧秘。

海拔4410米的觀(guān)天陣列

“拉索”占地約1.36平方公里。這個(gè)巨大陣列的中心位置，是由按“品”字排列的三個(gè)大水池組成的水切倫科夫探測器陣列，面積約78000平方米；周?chē)鷦t緊密排列著(zhù)5216個(gè)電磁粒子探測器和1188個(gè)繆子探測器；此外還有由18臺廣角切倫科夫望遠鏡組成的望遠鏡陣列。

“拉索”鳥(niǎo)瞰圖。（中科院高能物理所供圖）

宇宙線(xiàn)是來(lái)自宇宙空間的高能粒子，主要由氫核、氦核、鐵核等多種元素的原子核組成，并包括少量正負電子，是人類(lèi)目前能從宇宙深處獲得的唯一物質(zhì)樣本，被稱(chēng)為傳遞宇宙大事件的“信使”。

“研究宇宙線(xiàn)及其起源是人類(lèi)探索宇宙的重要途徑?！薄袄鳌笔紫茖W(xué)家、中科院高能物理所研究員曹臻介紹，宇宙線(xiàn)被發(fā)現110多年以來(lái)，相關(guān)探索研究已產(chǎn)生數枚諾貝爾獎牌，但依然有眾多謎題待解，宇宙線(xiàn)起源被國際物理學(xué)界列為“新世紀11個(gè)科學(xué)問(wèn)題”之一。

據介紹，觀(guān)測宇宙線(xiàn)，可以“上天”，用粒子探測衛星尋找；可以“下?！?，在水底安裝中微子望遠鏡；也可以“上山”，在高海拔地區搭建觀(guān)測站。

“在高海拔地區進(jìn)行地面觀(guān)測，探測器規?？蛇h大于大氣層外的天基探測器。尤其在超高能量宇宙線(xiàn)觀(guān)測方面，由于樣本數量稀少，采用大規模探測器是唯一觀(guān)測手段?！辈苷檎f(shuō)。

作為大型復合探測陣列，“拉索”是繼云南東川、西藏羊八井高山宇宙線(xiàn)觀(guān)測站之后，我國建設的第三代高山宇宙線(xiàn)觀(guān)測站。經(jīng)過(guò)廣泛選址和實(shí)地踏勘調研，“拉索”項目最終落戶(hù)四川稻城海子山。

“‘拉索’是世界上重要的粒子天體物理支柱性實(shí)驗設施之一，將助力我國在高能伽馬射線(xiàn)天文領(lǐng)域的研究邁向國際領(lǐng)先水平?！辈苷檎f(shuō)。

觀(guān)測性能創(chuàng )三項“世界之最”

得益于世界屋脊的高海拔優(yōu)勢和關(guān)鍵核心技術(shù)的突破，“拉索”創(chuàng )造了三項“世界之最”——超高能伽馬射線(xiàn)探測靈敏度世界最高，甚高能伽馬射線(xiàn)源巡天普查靈敏度世界最高，超高能宇宙線(xiàn)能量覆蓋范圍世界最寬。

廣角切倫科夫望遠鏡SiPM相機。（中科院高能物理所供圖）

宇宙線(xiàn)粒子進(jìn)入大氣層后，會(huì )和大氣中的原子核發(fā)生相互作用，產(chǎn)生許多次級粒子，次級粒子則繼續重復同樣的過(guò)程，產(chǎn)生新的次級粒子，如此多次重復，到達地面時(shí)就像下了一場(chǎng)粒子“陣雨”。

“拉索”總工藝師、中科院高能物理所研究員何會(huì )海說(shuō)，“拉索”采用四種探測技術(shù)，可全方位接收粒子“陣雨”的信息，并開(kāi)展多變量精確測量。

其中，水切倫科夫探測器陣列用于觀(guān)測粒子“陣雨”中的次級粒子在水中產(chǎn)生的切倫科夫光，以求發(fā)現大量伽馬射線(xiàn)源；廣角切倫科夫望遠鏡陣列用于測量粒子“陣雨”的切倫科夫光或熒光；電磁粒子探測器陣列和繆子探測器陣列則分別測量粒子“陣雨”中的次級電磁粒子和繆子含量。

何會(huì )海介紹，“拉索”項目團隊突破了廣角切倫科夫望遠鏡不能在月夜工作的瓶頸，使有效觀(guān)測時(shí)間成倍增長(cháng)；發(fā)展了大面積、多節點(diǎn)、高精度時(shí)鐘同步技術(shù)；把觀(guān)測閾能從3000億電子伏降低到700億電子伏，大大擴展了觀(guān)測能力。

向宇宙線(xiàn)起源之謎發(fā)起沖擊

“我們將向著(zhù)科學(xué)前沿課題——宇宙線(xiàn)起源之謎發(fā)起沖擊！”曹臻滿(mǎn)懷信心。

“拉索”上方的星空。（中科院高能物理所供圖）

據介紹，基于超高的探測靈敏度，“拉索”在初步運行期間已取得多項突破性科學(xué)成果，包括：在銀河系內發(fā)現大量超高能宇宙加速器候選天體，記錄到人類(lèi)觀(guān)測到的最高能量光子，精確測定了標準燭光蟹狀星云的超高能段亮度，發(fā)現1千萬(wàn)億電子伏伽馬輻射等。

“拉索”面向國內外全面開(kāi)放共享，目前已有28個(gè)天體物理研究機構成為“拉索”的國際合作組成員單位。合作組利用“拉索”觀(guān)測數據開(kāi)展粒子天體物理研究，同時(shí)進(jìn)行宇宙學(xué)、天文學(xué)等眾多領(lǐng)域基礎研究。

截至目前，基于“拉索”項目發(fā)表的期刊論文超過(guò)200篇，會(huì )議論文超過(guò)150篇。

“‘拉索’將成為以中國為主、多國參與的國際宇宙線(xiàn)研究中心，借助高海拔伽馬天文、宇宙線(xiàn)的觀(guān)測優(yōu)勢，成為獨具特色、綜合開(kāi)放的科學(xué)研究平臺?！辈苷檎f(shuō)。

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