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俯瞰高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）。新華社記者 金立旺攝

在平均海拔4410米的四川省稻城縣海子山上，一座巨型探測器陣列占據(jù)了約1.36平方公里的土地，它聚焦來自宇宙的射線與地球大氣碰撞引發(fā)的粒子衰變“陣雨”，將幫助科學(xué)家解密神秘的宇宙射線——國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，拉索）日前順利通過國家驗收。優(yōu)越的高海拔條件和先進(jìn)技術(shù)優(yōu)勢，使其創(chuàng)下了三項世界之最。

(資料圖)

觀測來自宇宙的“陣雨”

時刻造訪地球的宇宙線，是傳遞宇宙大事件的“信使”，其攜帶著宇宙起源、天體演化、太陽活動及地球空間環(huán)境等重要科學(xué)信息，但讀懂這封“信”卻頗為不易。當(dāng)一束來自宇宙中的超高能光子射向地球，其遭遇地球大氣時會和大氣中的原子核撞擊，化為一陣簇射粒子形成的“陣雨”。這個過程僅持續(xù)幾十納秒，很難被察覺。

“拉索”的建設(shè)，正是為了讀懂這封“太空來信”，在高海拔地區(qū)建設(shè)觀測站，能讓科研人員趕在大氣層吞噬粒子“陣雨”前，捕捉到更多的信息。

在海子山上，“拉索”建設(shè)起了三大陣列。1188個“土包”組成的圓形陣列上架設(shè)著繆子探測器，5216個電磁粒子探測器則分布在繆子探測器周圍，相互配合組成了1平方公里地面簇射粒子探測器陣列?！袄鳌闭行氖撬袀惪品蛱綔y器陣列，這是一片占地78000平方米的純凈水水池，水底布置了國產(chǎn)巨型光電倍增管。18臺廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡組成的陣列則采用了新型硅光電管，讓望遠(yuǎn)鏡能夠在月夜工作。

核心技術(shù)攻關(guān)實現(xiàn)世界之最

擁有三大陣列的“拉索”，能大范圍搜集大氣簇射后產(chǎn)生的次級粒子信息，反推出“陣雨”的源頭——超高能粒子的性質(zhì)，全方位、多變量地測量來自高能天體的伽馬射線和宇宙線。

“在宇宙射線觀測實驗中，高山實驗是一把利器。它能充分利用大氣作為探測介質(zhì)，在地面進(jìn)行觀測，探測器規(guī)?？蛇h(yuǎn)大于大氣層外的天基探測器。”“拉索”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，由于超高能量宇宙線數(shù)量稀少，采用大規(guī)模探測器是唯一觀測手段。

在建設(shè)過程中，“拉索”實現(xiàn)了多項核心技術(shù)攻關(guān)。新型硅光電管首次在大視場成像切倫科夫望遠(yuǎn)鏡中大規(guī)模使用，讓有效觀測時間成倍增長。技術(shù)人員讓大面積、多節(jié)點(diǎn)、高精度時鐘同步技術(shù)適應(yīng)高海拔野外環(huán)境，將遠(yuǎn)距離同步精度提升到0.2納秒，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。設(shè)備觀測閾則從3000億電子伏降低到700億電子伏，觀測能力大大擴(kuò)展。

借助“世界屋脊”的高海拔優(yōu)勢，“拉索”成為目前世界上最靈敏的超高能伽馬射線探測裝置、世界上靈敏度最高的甚高能伽馬射線源巡天普查望遠(yuǎn)鏡，以及能量覆蓋范圍最寬的超高能宇宙線復(fù)合式立體測量系統(tǒng)。

初運(yùn)行就取得突破性成果

在初步運(yùn)行期間，“拉索”就已經(jīng)基于其超高的探測靈敏度，取得了多項突破性重大科學(xué)成果，發(fā)表的期刊論文累計已超過200篇。曹臻介紹，截至目前，“拉索”已在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)了大量超高能宇宙加速器候選天體，并記錄到人類觀測到的最高能量光子，開啟了“超高能伽馬天文學(xué)”時代。此外，它還精確測定了標(biāo)準(zhǔn)燭光蟹狀星云的超高能段亮度，發(fā)現(xiàn)1千萬億電子伏伽馬輻射，挑戰(zhàn)理論極限。

投入運(yùn)行后的“拉索”，將成為世界上重要的粒子天體物理支柱性實驗之一，使我國在高能伽馬射線天文領(lǐng)域的研究達(dá)到國際領(lǐng)先水平。它將對當(dāng)今最重要的科學(xué)前沿課題——高能宇宙線起源問題發(fā)起沖擊。

目前，已有28個天體物理研究機(jī)構(gòu)成為“拉索”的國際合作組成員單位，合作開展粒子天體物理研究以及宇宙學(xué)、天文學(xué)、粒子物理學(xué)等眾多領(lǐng)域基礎(chǔ)研究。后續(xù)，“拉索”還將面向國內(nèi)外全面開放共享。中科院高能所表示，“拉索”將成為以我國為主、多國參與的國際宇宙線研究中心，借助高海拔伽馬天文、宇宙線的觀測優(yōu)勢，成為獨(dú)具特色、綜合開放的科學(xué)研究平臺。

來源：北京日報

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