曬曬咱的國之重器12：高海拔宇宙線觀測站

仰望星空，你是否會好奇：我們身處的宇宙從何而來？宇宙中究竟有什么？未來又向何處去？

青藏高原上，有一群科學(xué)家正努力尋求答案——

在海拔4410米的四川省稻城縣海子山，鋪開一張占地面積約1.36平方公里的“大網(wǎng)”，捕捉被稱為“宇宙飛彈”的宇宙射線。這就是由國家發(fā)展改革委立項支持的高海拔宇宙線觀測站，昵稱“拉索”（LHAASO）。

俯瞰在建的高海拔宇宙線觀測站。新華社發(fā)（中科院高能物理研究所供圖）

高能宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子，其能量跨度為109~1020電子伏特，主要由質(zhì)子和多種元素的原子核組成，并包括少量電子和光子。

宇宙線彌漫在整個宇宙，攜帶著宇宙起源、天體演化、太陽活動及地球空間環(huán)境等重要科學(xué)信息。研究宇宙線及其起源是現(xiàn)代物理學(xué)中最基礎(chǔ)的問題之一，也是人類探索宇宙的重要途徑。

“LHAASO的核心科學(xué)目標(biāo)是探索高能宇宙線起源以及相關(guān)的宇宙演化和高能天體活動，并尋找暗物質(zhì)；廣泛搜索宇宙中尤其是銀河系內(nèi)部的伽馬射線源等?！盠HAASO首席科學(xué)家、中國科學(xué)院高能物理研究所研究員曹臻介紹，LHAASO通過捕捉光子來研究宇宙線，這張“大網(wǎng)”的一個個節(jié)點是布置在地面上的5216個電磁粒子探測器和1188個繆子探測器，“大網(wǎng)”的中心是占地78000平方米的水切倫科夫探測器，水切倫科夫探測器外側(cè)就是18臺廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡。

工作人員在高海拔宇宙線觀測站建設(shè)現(xiàn)場吊裝望遠(yuǎn)鏡。新華社發(fā)（中科院高能物理研究所供圖）

讓曹臻自豪的是，LHASSO具有最高的超高能伽馬射線探測靈敏度、甚高能伽馬射線巡天普查靈敏度，最寬廣的能量覆蓋度對宇宙線能譜和成分進(jìn)行精確測量，不僅是目前國際上最先進(jìn)的地面宇宙線探測站，更能夠長期占據(jù)這類實驗研究領(lǐng)域的制高點。

還在試運行的LHAASO已經(jīng)產(chǎn)出了世界級的原創(chuàng)成果：2021年5月，國際學(xué)術(shù)期刊《自然》刊登了LHAASO國際合作組的最新成果——首次在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量超高能宇宙線加速器，為尋找超高能宇宙線的來源劃定了目標(biāo)。同時，LHAASO記錄到能量達(dá)1.4拍（拍=千萬億）電子伏的伽馬光子。這是人類觀測到的最高能量光子，突破了人類對銀河系粒子加速的傳統(tǒng)認(rèn)知，開啟了“超高能伽馬天文學(xué)”的時代。

除了這些天體物理的發(fā)現(xiàn)，LHAASO在其他領(lǐng)域也能大顯身手。“比如我們與氣象學(xué)家合作，探索雷電和宇宙線的關(guān)系。再比如，宇宙線在到達(dá)地球的時候會受到太陽拋射的影響，我們也可以嘗試?yán)糜钪婢€數(shù)據(jù)進(jìn)行空間天氣預(yù)報。還有，LHAASO建在青藏高原上，還要開展氣溶膠測量，結(jié)合這一特殊的地理位置，我們聯(lián)合氣象研究單位，為生態(tài)和環(huán)境研究開辟了一個新的場所。”曹臻透露。

高海拔宇宙線觀測站水切倫科夫探測器陣列一號水池內(nèi)景。新華社發(fā)（中科院高能物理研究所供圖）

LHAASO是我國第三代高山宇宙線實驗站，從學(xué)生到首席科學(xué)家，曹臻親身經(jīng)歷了中國科學(xué)家在這一領(lǐng)域從跟隨、并跑到主導(dǎo)的過程。曹臻說：“近些年國家越來越重視基礎(chǔ)研究，我們有信心在這一領(lǐng)域保持國際領(lǐng)先優(yōu)勢。在LHAASO規(guī)劃時，我們就已經(jīng)留出了升級改造的空間，而我們也在探索新一代宇宙線探測設(shè)備——現(xiàn)在我們要捕捉的是光子，未來要捕捉中微子，最終圓滿地解決宇宙線起源這個世紀(jì)謎題?！?/p>

（本報記者 齊芳）

來源：《光明日報》（2021年12月23日 01版）

責(zé)編：王子墨

編輯：邢妍妍 張永群