中國高海拔宇宙線觀測站2019年起逐步投入科學(xué)運行

　　新華社成都6月22日電 從成都雙流機場乘機飛行45分鐘，降落到形似飛碟、世界海拔最高的稻城亞丁機場后，再沿山路向東北驅(qū)車10余公里。然后爬上平均海拔4410米的海子山，正在緊張施工建設(shè)的高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，音譯為“拉鎖”）觀測基地，終于出現(xiàn)在眼前。

　　在觀測基地現(xiàn)場，記者看到，經(jīng)過一年多的施工建設(shè)，水切倫科夫探測器陣列的一號水池已完成封頂。數(shù)個由鋼筋混凝土構(gòu)成，高1.2米、直徑7米形狀如水缸罐子的繆子探測器中裝滿了水，正在做閉水試驗。

　　作為“十二五”期間啟動的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目，LHAASO于2015年12月獲得國家發(fā)改委批準立項，總投資約12億元。其主要使命是找到宇宙線起源，研究宇宙線加速和傳播機制。中國科學(xué)家期待通過捕獲高能伽馬射線等這些來自宇宙的信息，向宇宙線起源這一“世紀之謎”發(fā)出挑戰(zhàn)。

　　“宇宙線是地球上存在的太陽系以外唯一的物質(zhì)樣本，攜帶著其產(chǎn)生地‘源’天體及其經(jīng)過空間的宇觀環(huán)境,乃至天體演化及宇宙早期的奧秘,是人類探索宇宙的重要途徑。”高海拔宇宙線觀測站項目首席科學(xué)家、中國科學(xué)院高能物理研究所研究員曹臻解釋道。

　　人類對肉眼看不到的神秘“天外來客”宇宙線的察覺，要追溯到1912年，當年奧地利科學(xué)家赫斯首次發(fā)現(xiàn)宇宙線。此后的100年間，與之相關(guān)的研究產(chǎn)生了5枚諾貝爾獎，但人類卻始終沒有發(fā)現(xiàn)宇宙線的起源。為“尋根”，國際物理學(xué)界形成了三個研究分支，其中最成熟的是探測高能伽馬射線。中國對宇宙線的觀測研究始于上世紀50年代，1954年在云南落雪山建立了全國首個高山宇宙線實驗室，而LHAASO是中國第三代伽馬天文探測器。

　　“宇宙線粒子中絕大多數(shù)是帶電粒子，宇宙中到處都是磁場，帶電粒子穿過太空時受其影響改變方向。”高海拔宇宙線觀測站項目副經(jīng)理、中科院高能物理研究所研究員何會海說，宇宙線中不帶電的伽馬射線和中微子，在宇宙磁場中偏轉(zhuǎn)微小到可以忽略的極高能粒子，均可以指向源的方向，是尋找宇宙線源的理想“信使”。

　　為捕獲超高能伽馬射線，中國科學(xué)家在約200個足球場面積大小的LHAASO觀測基地密布了四種探測器陣列，這如同在高原上拉起一張“天網(wǎng)”。基地中心是由3個大水池組成的水切倫科夫探測器陣列，其面積相當于3個“水立方”（國家游泳中心）大小，共3000多路探測器被安裝在4.5米深的水池底部。在水切倫科夫探測器陣列一側(cè)，是由12臺望遠鏡組成的廣角切倫科夫望遠鏡陣列。5195個電磁粒子探測器和1171個繆子探測器整齊地排列在水切倫科夫探測器陣列周圍,如同灑在一張大餅上的芝麻,組成了地面簇射粒子陣列。

　　當宇宙線粒子進入大氣層后，與大氣中的原子核發(fā)生多次相互作用，可形成上百億個次級粒子，它們就像一場粒子“陣雨”，瞬間降落在地面。這時，LHAASO的四種地面探測器陣列迅速收集這些“宇宙線雨”，科學(xué)家們通過分析其方向、時間差等，反推原初粒子的性質(zhì)，開展相關(guān)研究。

　　在實施項目前，中國科學(xué)家歷時五年跑遍了青海、四川、云南、西藏等四省區(qū)進行考察遴選，為項目尋址。最終，稻城縣以高海拔、靠近機場交通運輸便利、穩(wěn)定的電力、充足水資源等優(yōu)勢而勝出。

　　LHAASO觀測基地位于有“天外星球，千湖之山”之稱的海子山國家級自然保護區(qū)附近，為保護高原脆弱的生態(tài)環(huán)境，采用了“綠色”施工方案。在建設(shè)中，地表20公分以上的腐植層被翻出移走養(yǎng)護，工程做完后再將其移栽回去。“腐植層中有豐富的植物種子，下雨就會生根發(fā)芽，當?shù)刂脖痪湍芑謴?fù)如初。”何會海說。此外，觀測站采用被動接受技術(shù)，無輻射、無排放，項目運行后產(chǎn)生的廢水可通過蒸發(fā)后回收，實現(xiàn)“綠色”觀測運行。

　　根據(jù)建設(shè)工期時間表，LHAASO項目將于2021年6月完工。中科院高能物理研究所副所長羅小安介紹說：“建成后的LHAASO將占有‘三個世界第一’：最高的高能伽馬射線探測靈敏度、最靈敏的甚高能伽馬射線巡天探測、最寬廣的宇宙線能量測量范圍。項目投入運行后，我國有望在這一領(lǐng)域的研究實現(xiàn)全球領(lǐng)跑。”

　　曹臻說，預(yù)計今年年底觀測基地四分之一工程將完工，探測陣列只需布局到一定大小就可以開始觀測。明年初開始科學(xué)運行后，LHAASO已是世界上最大的宇宙線觀測陣列，“未來10年至20年不會有人超過我們”。（完）（記者吳曉穎）