不到兩個(gè)月，在《自然》《科學(xué)》連發(fā)兩個(gè)成果，并迅速?zèng)_上全球科技期刊論文熱搜榜前1%……幾乎一夜之間，高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO）成為國(guó)際科研領(lǐng)域的大熱門。
在此之前，作為全球宇宙線觀測(cè)方案之一，LHAASO不僅很少被國(guó)際同行重視，還被一些人質(zhì)疑。
從最初被“冷言”到之后被“熱捧”，這場(chǎng)轉(zhuǎn)變的背后有一位關(guān)鍵人物——LHAASO首席科學(xué)家、成都市“最美科技工作者”曹臻。
曹臻與LHAASO沙盤。 受訪者供圖
起點(diǎn)
從云南大學(xué)本科畢業(yè)后，曹臻進(jìn)入中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所（以下簡(jiǎn)稱高能所）攻讀碩士學(xué)位，師從譚有恒研究員。
譚有恒是繼王淦昌、張文裕、何澤慧、肖健等科學(xué)家之后，我國(guó)的第二代宇宙線研究人員。他曾到日本留學(xué)，回國(guó)后就致力于在我國(guó)建設(shè)世界級(jí)宇宙線觀測(cè)基地。
師從譚有恒，意味著曹臻要做實(shí)驗(yàn)物理研究。
心心念念想做理論物理研究的曹臻，一邊接受著實(shí)驗(yàn)物理的訓(xùn)練，一邊倔強(qiáng)地給自己選了一堆理論物理的課程。
不久后，譚有恒遞給曹臻一張手繪草圖?！拔覀?nèi)グ阉龀鰜??！弊T有恒說。
草圖是譚有恒在參與國(guó)際同行討論時(shí)畫出來的，畫的是可以用在探測(cè)宇宙超高能光子的陣列中的繆子探測(cè)器。
1986年，曹臻和他的同學(xué)們跟著譚有恒來到懷柔一小片桃園里（現(xiàn)中國(guó)科學(xué)院大學(xué)校園內(nèi)），用56臺(tái)樣機(jī)嘗試搭建我國(guó)自己的宇宙線觀測(cè)陣列。
就在此時(shí)，大洋彼岸的美國(guó)科學(xué)家也正在猶他的廣袤干旱沙漠性谷地上，開啟了尋找宇宙超高能光子的計(jì)劃。
想起那段經(jīng)歷，曹臻自嘲：“我當(dāng)時(shí)就像盜墓人一樣，和民工一起掘地三米，用來放探測(cè)器。”
遺憾的是，懷柔桃園里的小型繆子探測(cè)器樣機(jī)實(shí)驗(yàn)因?yàn)榉浪疀]做好，以失敗告終。
而猶他沙漠中的實(shí)驗(yàn)卻變成了宇宙線研究領(lǐng)域一度享有盛名的卡薩米亞（CASA-MIA）實(shí)驗(yàn)。
盡管最初的嘗試失敗了，那段經(jīng)歷卻讓曹臻看到了實(shí)驗(yàn)物理的魅力?！傲钊酥?。一旦做進(jìn)去了之后，就會(huì)覺得這個(gè)東西非常有趣。”曹臻說。
這次失敗也沒有讓譚有恒氣餒。
最終，他聯(lián)合日本、意大利科學(xué)家，發(fā)起“西藏計(jì)劃”并建成了羊八井宇宙線觀測(cè)站實(shí)驗(yàn)。
1988年，曹臻在懷柔雁棲湖冰面留影。 受訪者供圖
高山
1992年，曹臻成為羊八井宇宙線觀測(cè)站實(shí)驗(yàn)的第一位值班人員。在海拔4300米的羊八井，大自然以最不動(dòng)聲色的方式，給他狠狠地上了一課。
“缺氧、暈厥、失眠。我一輩子都在高山上，但這第一次就把我‘放翻’了，讓我知道了高山的厲害?！辈苷檎f。
對(duì)于宇宙線研究者來說，他們除了要爬現(xiàn)實(shí)中的高山外，還要和所有科學(xué)家一樣，攀爬科學(xué)的高峰。
1994年，依然對(duì)理論物理研究念念不忘的曹臻博士畢業(yè)。
這時(shí)，一直沒有跟風(fēng)出國(guó)的他，還是決定去國(guó)際前沿的物理研究實(shí)驗(yàn)室看一看，他前往美國(guó)俄勒岡大學(xué)物理系，以研究助理的身份開展理論物理研究。
三年半后，他如夢(mèng)初醒般地發(fā)現(xiàn)，自己的心早已被宇宙線實(shí)驗(yàn)物理牽走。
于是，他前往猶他大學(xué)，參與了當(dāng)時(shí)國(guó)際最大的宇宙線實(shí)驗(yàn)之一——HiRes的實(shí)驗(yàn)研究。他做的第一個(gè)課題就是分析HiRes與同在猶他的CASA-MIA實(shí)驗(yàn)的聯(lián)合觀測(cè)數(shù)據(jù)。
那段時(shí)間，曹臻不僅發(fā)現(xiàn)了宇宙線能譜第二膝現(xiàn)象，還參與了一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)——宇宙線能譜在十萬拍電子伏特處存在“GZK截?cái)唷爆F(xiàn)象，那是宇宙線穿越宇宙大爆炸遺留的“迷霧”(微波背景輻射)后，到達(dá)地球時(shí)的最高能量。穿過“迷霧”的光子，能夠到達(dá)地球的最高能量應(yīng)該在1拍電子伏特左右。
然而，現(xiàn)實(shí)卻是，人類目前測(cè)到的最高能量光子在0.1拍電子伏特以下。“明明還有10倍的空間，為啥就會(huì)有這個(gè)‘極限’呢？”曹臻心里納悶。
“宇宙這么復(fù)雜，沒開展實(shí)驗(yàn)探索之前你是不知道的?！辈苷閷⒃驓w結(jié)為探測(cè)手段有局限。
像所有實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家一樣，他開始盼望著能有一個(gè)更高性能的探測(cè)設(shè)備，幫助人類沖破極限，看清宇宙。
1992年，曹臻在羊八井宇宙線觀測(cè)站探測(cè)器旁留影。 受訪者供圖
對(duì)手
2003年，盡管猶他大學(xué)向曹臻提供了副教授職位，旅美近十年的曹臻還是選擇回到久別的高能所、羊八井。
回國(guó)后，曹臻成為羊八井的中意合作ARGO-YBJ實(shí)驗(yàn)的中方負(fù)責(zé)人。
在他的領(lǐng)導(dǎo)下，羊八井中意實(shí)驗(yàn)建成全覆蓋式大型空氣簇射陣列，并產(chǎn)出系列科研成果。
2008年，曹臻接到高能所通知：“國(guó)家在開展‘十二五’規(guī)劃，你們可以考慮提一個(gè)大的宇宙線項(xiàng)目?！?/p>
十多年積累的想法，頓時(shí)在曹臻的腦海里翻涌起來。
冷靜下來后，曹臻帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)篩選出當(dāng)時(shí)最具可行性的想法——將地面粒子探測(cè)與望遠(yuǎn)鏡探測(cè)手段結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多能區(qū)覆蓋。
之后，他們又在方案中增加了水切倫科夫探測(cè)器，以使整個(gè)項(xiàng)目同時(shí)覆蓋高、中、低三個(gè)能區(qū)。
這一想法最終變成了高海拔宇宙線觀測(cè)研究的中國(guó)方案——LHAASO。
“能探測(cè)到的粒子能量越高，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象的可能性也就越大?！辈苷楦嬖V《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。
此時(shí)，他面臨著兩個(gè)強(qiáng)勁的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手：歐洲科學(xué)家提出建設(shè)由100多臺(tái)望遠(yuǎn)鏡組成的切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列（CTA）計(jì)劃；美國(guó)科學(xué)家則提出了高海拔水切倫科夫觀測(cè)計(jì)劃（HAWC）。
2009年，當(dāng)曹臻第一次在國(guó)際會(huì)議上分享LHAASO計(jì)劃時(shí)，國(guó)際同行的目光都聚焦在歐洲和美國(guó)的計(jì)劃上。
不僅如此，還有一些人質(zhì)疑LHAASO：“0.1拍電子伏特就是極限，你們花這么多錢建這個(gè)東西，沒準(zhǔn)將來什么也看不見。”
曹臻在北京的辦公室。 受訪者供圖
方案
面對(duì)質(zhì)疑和冷言，曹臻心里憋著一股勁：“中國(guó)方案必須靠實(shí)力來證明自己?！?/p>
在國(guó)內(nèi)同行的共同努力下，LHAASO方案越做越細(xì)。他們與地方政府反復(fù)溝通，把LHAASO定在了四川稻城海拔4410米的海子山上，并計(jì)劃在那里建100萬平方米探測(cè)陣列，9萬平方米伽馬射線巡天望遠(yuǎn)鏡，24臺(tái)廣角契倫科夫望遠(yuǎn)鏡和0.5萬平方米芯探測(cè)器陣列。
這個(gè)方案是在充分考慮工程建設(shè)環(huán)境的條件下設(shè)計(jì)出的。
高原瞬息萬變的氣候，海子山布滿巨大漂礫的地貌復(fù)雜，讓他們?cè)谧畛踉O(shè)計(jì)時(shí)放棄了陣列核心區(qū)域局部范圍的繆子探測(cè)器。
隨著一半陣列的科學(xué)運(yùn)行和相關(guān)物理分析的逐漸深入，曹臻意識(shí)到，缺失的陣列面積雖然不大，但影響不小。
他便帶領(lǐng)施工建設(shè)團(tuán)隊(duì)，在工程現(xiàn)場(chǎng)勘察，幾易施工方案，在冰積隴上補(bǔ)齊了缺失的陣列。
2019年，曹臻（右）在LHAASO的水切倫科夫探測(cè)器中檢查注水情況。 受訪者供圖
高原冬季寒冷，混凝土施工無法進(jìn)行，曹臻等人便提出“邊建設(shè)，邊局部陣列運(yùn)行”的思路。這也意味著作為項(xiàng)目經(jīng)理和首席科學(xué)家的曹臻要做大量的調(diào)度和協(xié)調(diào)工作。
那段時(shí)間，曹臻經(jīng)常通宵達(dá)旦地工作，因?yàn)椴环判墓こ态F(xiàn)場(chǎng)，他高頻次往返成都、稻城。
在現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)各項(xiàng)工作時(shí)，他和學(xué)生、工人們一起安裝、調(diào)試。
這些辛苦，曹臻很少公開說?！斑@不是我應(yīng)該做的事嗎？”曹臻聳聳肩。
2019年，第三次監(jiān)理會(huì)議在稻城召開，曹臻（右三）為專家介紹現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)情況。 受訪者供圖
孩子
2021年5月17日，LHAASO國(guó)際合作組在《自然》發(fā)表成果。他們?cè)阢y河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量超高能宇宙加速器，推翻了曾經(jīng)被廣為認(rèn)可的“能量截?cái)唷保纱碎_啟“超高能伽馬天文學(xué)”時(shí)代。
不到兩個(gè)月后，他們又在《科學(xué)》雜志上發(fā)表成果，精確測(cè)量高能天文學(xué)標(biāo)準(zhǔn)燭光的亮度，挑戰(zhàn)高能天體物理中電子加速的“標(biāo)準(zhǔn)模型”。
兩次發(fā)布會(huì)上，曹臻都是發(fā)言人。他樂呵呵的大嗓門，讓人很難把年近60歲的他與“花甲之年”這種詞聯(lián)系在一起。
2021年5月，曹臻在成果發(fā)布會(huì)上發(fā)言。 高能所供圖
這些成果讓國(guó)際同行震驚。曾質(zhì)疑過LHAASO的科學(xué)家，紛紛向曹臻申請(qǐng)開展國(guó)際合作。
國(guó)際科技期刊上也隨之大量出現(xiàn)超高能伽馬射線的研究，只要涉及超高能宇伽馬研究，必提LHAASO，隨著疫情消退，各種系列研究大會(huì)、研討會(huì)紛紛重啟，對(duì)LHAASO的各種邀請(qǐng)紛至沓來。
2021年7月，LHAASO完成全陣列建設(shè)并投入運(yùn)行。
而此時(shí)，曾被認(rèn)為是高能伽馬射線天文學(xué)大熱門的CTA計(jì)劃，只建成了1臺(tái)望遠(yuǎn)鏡；美國(guó)HAWC計(jì)劃，探測(cè)器性能遠(yuǎn)不及LHAASO。
“除了中國(guó)，其他地方都不可能如此迅速地實(shí)現(xiàn)LHAASO計(jì)劃?！辈苷檎f，光是LHAASO基建工程量就足以讓歐美國(guó)家望而卻步。
對(duì)待LHAASO，曹臻就像對(duì)待自己的孩子一樣，不管它有多成功，他總是不放心。
隔三差五地，他要“上山轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)”，看看數(shù)據(jù)運(yùn)行情況好不好，線纜有沒有松，裝著探測(cè)器的水池外殼有沒有壞……
作為中國(guó)第三代宇宙線研究者，即將到退休年齡的曹臻，也已經(jīng)把LHAASO和從LHAASO成長(zhǎng)起來的第四代、第五代宇宙線研究者的未來安排得明明白白。
按照他的籌劃，望遠(yuǎn)鏡陣列團(tuán)隊(duì)未來可以在LHAASO上再建32臺(tái)望遠(yuǎn)鏡，讓LHAASO有能力識(shí)別超高能宇宙線的發(fā)射位置，進(jìn)一步逼近最終的答案；地面粒子探測(cè)器陣列團(tuán)隊(duì)，未來可以通過國(guó)際合作，去南半球建一個(gè)比LHAASO大4倍的觀測(cè)站，覆蓋與LHAASO不同的天區(qū)；水切倫科夫探測(cè)器團(tuán)隊(duì)未來可以建一個(gè)在湖底或海底的探測(cè)器陣列……
“未來的幾十年，中國(guó)宇宙線研究團(tuán)隊(duì)都有活兒干?！辈苷橛忠淮巫孕哦实匦Φ?，“該退休的時(shí)候我就退休?！?/p>
2021年，LHAASO國(guó)際合作組合影。 受訪者供圖
引自中國(guó)科學(xué)報(bào)2022.6.16版 原地址：https://mp.weixin.qq.com/s/e5JMdbEmq_-V0m9mey5tKw
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