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)境等重要科學信息。研究宇宙線及其起源是現(xiàn)代物理學中最基礎的問題之一，也是人類探索宇宙的重要途徑。

“LHAASO的核心科學目標是探索高能宇宙線起源以及相關的宇宙演化和高能天體活動，并尋找暗物質；廣泛搜索宇宙中尤其是銀河系內部的伽馬射線源等。”LHAASO首席科學家、中國科學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就是18臺廣角切倫科夫望遠鏡。

工作人員在高海拔宇宙線觀測站建設現(xiàn)場吊裝望遠鏡。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行精確測量，不僅是目前國際上最先進的地面宇宙線探測站，更能夠長期占據(jù)這類實驗研究領域的制高點。

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，國際學術期刊《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。同時，LHAASO記錄到能量達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)認知，開啟了“超高能伽馬天文學”的時代。

除了這些天體物理的發(fā)現(xiàn)，LHAASO在其他領域也能大顯身手?！氨热缥覀兣c氣象學家合作，探索雷電和宇宙線的關系。再比如，宇宙線在到達地球的時候會受到太陽拋射的影響，我們也可以嘗試利用宇宙線數(shù)據(jù)進行空間天氣預報。還有，LHAASO建在青藏高原上，還要開展氣溶膠測量，結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?！辈苷橥嘎?。

高海拔宇宙線觀測站水切倫科夫探測器陣列一號水池內景。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，從學生到首席科學家，曹臻親身經(jīng)歷了中國科學家在這一領域從跟隨、并跑到主導的過程。曹臻說：“近些年國家越來越重視基礎研究，我們有信心在這一領域保持國際領先優(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謎題。”

（本報記者 齊芳）

來源：《光明日報》（2021年12月23日 01版）

責編：王子墨

編輯：邢妍妍 張永群