四川稻城海子山，海拔4410米處的一大片圓形區(qū)域內(nèi)，數(shù)千個不同類型的探測器緊密有序排列，形成一個巨大的觀測陣列，時刻捕捉著來自宇宙深處的信息。

(相關(guān)資料圖)

這是以宇宙線觀測研究為核心目標(biāo)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——高海拔宇宙線觀測站“拉索”（LHAASO）。5月10日，“拉索”通過國家驗收，將致力于探索宇宙線起源之謎，并通過觀測宇宙線探索更多宇宙奧秘。

海拔4410米的觀天陣列

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

宇宙線是來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(fù)電子，是人類目前能從宇宙深處獲得的唯一物質(zhì)樣本，被稱為傳遞宇宙大事件的“信使”。

“研究宇宙線及其起源是人類探索宇宙的重要途徑。”“拉索”首席科學(xué)家、中科院高能物理所研究員曹臻介紹，宇宙線被發(fā)現(xiàn)110多年以來，相關(guān)探索研究已產(chǎn)生數(shù)枚諾貝爾獎牌，但依然有眾多謎題待解，宇宙線起源被國際物理學(xué)界列為“新世紀(jì)11個科學(xué)問題”之一。

據(jù)介紹，觀測宇宙線，可以“上天”，用粒子探測衛(wèi)星尋找；可以“下海”，在水底安裝中微子望遠(yuǎn)鏡；也可以“上山”，在高海拔地區(qū)搭建觀測站。

“在高海拔地區(qū)進(jìn)行地面觀測，探測器規(guī)模可遠(yuǎn)大于大氣層外的天基探測器。尤其在超高能量宇宙線觀測方面，由于樣本數(shù)量稀少，采用大規(guī)模探測器是唯一觀測手段。”曹臻說。

作為大型復(fù)合探測陣列，“拉索”是繼云南東川、西藏羊八井高山宇宙線觀測站之后，我國建設(shè)的第三代高山宇宙線觀測站。經(jīng)過廣泛選址和實地踏勘調(diào)研，“拉索”項目最終落戶四川稻城海子山。

“‘拉索’是世界上重要的粒子天體物理支柱性實驗設(shè)施之一，將助力我國在高能伽馬射線天文領(lǐng)域的研究邁向國際領(lǐng)先水平。”曹臻說。

觀測性能創(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”——超高能伽馬射線探測靈敏度世界最高，甚高能伽馬射線源巡天普查靈敏度世界最高，超高能宇宙線能量覆蓋范圍世界最寬。

宇宙線粒子進(jìn)入大氣層后，會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(xù)重復(fù)同樣的過程，產(chǎn)生新的次級粒子，如此多次重復(fù)，到達(dá)地面時就像下了一場粒子“陣雨”。

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

其中，水切倫科夫探測器陣列用于觀測粒子“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(xiàn)大量伽馬射線源；廣角切倫科夫望遠(yuǎn)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。

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

向宇宙線起源之謎發(fā)起沖擊

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

據(jù)介紹，基于超高的探測靈敏度，“拉索”在初步運(yùn)行期間已取得多項突破性科學(xué)成果，包括：在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量超高能宇宙加速器候選天體，記錄到人類觀測到的最高能量光子，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等。

“拉索”面向國內(nèi)外全面開放共享，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。合作組利用“拉索”觀測數(shù)據(jù)開展粒子天體物理研究，同時進(jìn)行宇宙學(xué)、天文學(xué)等眾多領(lǐng)域基礎(chǔ)研究。

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

“‘拉索’將成為以中國為主、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。”曹臻說。

（據(jù)新華社消息）

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