■本報(bào)記者 丁佳
四川稻城縣海子山，空氣稀薄、晴雪不定，除了美景，這里幾乎一無所有。
但人們不妨帶著一雙想象的眼睛，重新審視這片高原。因?yàn)?年后，在海拔4410米的地方，一個(gè)1.36平方公里的全新大科學(xué)裝置將在這里拔地而起。即將全面開工建設(shè)的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目——高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO），將成為中國(guó)西南地區(qū)的一個(gè)科學(xué)奇觀。
未能解開的世紀(jì)謎題
宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子，時(shí)時(shí)刻刻存在于人類生活的地球上。
“作為太陽(yáng)系以外唯一的物質(zhì)樣本，宇宙線及其起源是人類探索宇宙及其演化的重要途徑?！盠HAASO項(xiàng)目首席科學(xué)家、項(xiàng)目經(jīng)理、中科院高能物理研究所研究員曹臻說。
宇宙線的起源一直是科學(xué)界公認(rèn)的重大前沿問題，成為粒子物理學(xué)、天文學(xué)、宇宙線學(xué)共同關(guān)注的科學(xué)命題。
在宇宙線起源的探索領(lǐng)域，歐美和中、日的伽馬天文學(xué)實(shí)驗(yàn)、美國(guó)的南極中微子實(shí)驗(yàn)以及多國(guó)合作的巨型極高能宇宙線實(shí)驗(yàn)是3個(gè)最具代表性的研究分支，而其中尤以伽馬天文學(xué)實(shí)驗(yàn)最為成熟。
一種時(shí)不我待的緊迫感敲打著曹臻。2009年2月，他的團(tuán)隊(duì)醞釀多年的高海拔宇宙線觀測(cè)站的構(gòu)想在第342次香山科學(xué)會(huì)議上獲得了廣泛支持，與會(huì)專家認(rèn)為，應(yīng)盡快啟動(dòng)項(xiàng)目的全面論證和預(yù)先研究，并向國(guó)家提出了立項(xiàng)建議。
再上高原 中國(guó)乘勝追擊
“能量越高的宇宙線，代表著越劇烈的宇宙活動(dòng)。但宇宙線能量越高就越稀少，需要更大規(guī)模的探測(cè)器才有可能把它‘抓住’。”LHAASO項(xiàng)目副經(jīng)理、中科院高能物理所研究員何會(huì)海告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。
這讓科學(xué)家把目光轉(zhuǎn)向高山實(shí)驗(yàn)。高山實(shí)驗(yàn)是宇宙線觀測(cè)研究中能夠充分利用大氣作為探測(cè)介質(zhì)、在地面進(jìn)行觀測(cè)的手段，探測(cè)器規(guī)模遠(yuǎn)大于大氣層外的天基探測(cè)器。對(duì)于超高能量的宇宙線觀測(cè)，這是唯一的手段。
我國(guó)的宇宙線研究正是利用了“世界屋脊”青藏高原上羊八井宇宙線觀測(cè)站得天獨(dú)厚的自然優(yōu)勢(shì)，獲得了研發(fā)第一代和第二代伽馬射線巡天望遠(yuǎn)鏡的成功經(jīng)驗(yàn)，在大視場(chǎng)巡天領(lǐng)域躋身國(guó)際先進(jìn)行列。
而在曹臻的設(shè)想中，要在綜合條件更優(yōu)越的站址建設(shè)一個(gè)新的高海拔宇宙線觀測(cè)站，采用多種探測(cè)手段實(shí)現(xiàn)復(fù)合、精確的測(cè)量，大幅提高探測(cè)靈敏度，覆蓋更寬廣的能譜，建設(shè)第三代伽馬天文探測(cè)器。
經(jīng)過近6年對(duì)我國(guó)高海拔地區(qū)的選址和實(shí)地踏勘調(diào)研，相關(guān)項(xiàng)目最終選定位于四川稻城海子山上平均海拔為4400米的高地作為觀測(cè)基地，并在海拔較低的稻城縣城區(qū)建立測(cè)控基地。
“這個(gè)地方雖然海拔很高，但水、電、路、網(wǎng)一應(yīng)俱全。得益于國(guó)家近年來在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面取得的進(jìn)步，尤其是稻城亞丁機(jī)場(chǎng)的投入運(yùn)行，我們最終找到了這個(gè)世界上少有的理想站址?！辈苷檎f。
宇宙“集雨器”
宇宙線粒子進(jìn)入大氣層后，會(huì)與大氣中的原子核發(fā)生多次相互作用，產(chǎn)生級(jí)聯(lián)效應(yīng)，最后可形成上百億個(gè)次級(jí)粒子，它們就像一場(chǎng)粒子“陣雨”一樣，瞬間降落在數(shù)平方公里的地面?！拔覀兙褪且貌煌愋偷牡孛嫣綔y(cè)器收集這些‘宇宙線雨’，分析其方向、時(shí)間差等，反推原初粒子的性質(zhì)，開展相關(guān)物理研究?！焙螘?huì)海解釋道。
高海拔宇宙線觀測(cè)站的核心科學(xué)目標(biāo)是探索高能宇宙線起源并開展相關(guān)的高能輻射、天體演化以及暗物質(zhì)分布等基礎(chǔ)科學(xué)研究。為此，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了幾種不同類型的探測(cè)器：5195個(gè)電磁粒子探測(cè)器“小方塊”，與1171個(gè)繆子探測(cè)器“大鼓包”一起組成地面簇射粒子陣列；有兩個(gè)半北京“水立方”那么大的7.8萬平方米的“大水池”水切倫科夫探測(cè)器；以及12臺(tái)“千里眼”廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡。它們彼此之間的時(shí)間同步精度達(dá)到了0.1納秒的水平。
高海拔宇宙線觀測(cè)站建設(shè)周期為4年，投入運(yùn)行后科學(xué)壽命在20年以上。建成后，它將占據(jù)三個(gè)世界第一：具有最高的高能伽馬射線探測(cè)靈敏度、能開展最靈敏的甚高能伽馬射線巡天探測(cè)、具有最寬廣的宇宙線能量測(cè)量范圍。
而在高能物理所副所長(zhǎng)羅小安看來，這個(gè)觀測(cè)站所能帶來的不僅是科學(xué)上的突破?！白鳛槲覈?guó)大科學(xué)裝置在西南地區(qū)的重要布局，高海拔宇宙線觀測(cè)站將打造宇宙線研究和天文觀測(cè)基地，建成國(guó)際領(lǐng)先水平的高海拔宇宙線研究中心，對(duì)當(dāng)?shù)氐目萍?、文化教育、旅游以及地方?jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生積極影響?！?/p>
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