2023年
您當前的位置:首頁 > 新聞動態(tài) > 傳媒掃描 > 2023年
【中國科學報】高山上的捕天人
文章來源:  2023-05-11
】 【】 【

   握著一直沒來得及修的碎屏手機,背起鼓鼓囊囊的雙肩包,何會海大步穿過熱鬧的人群。走出亞丁機場,他的頭上頂著觸手可及的云,腳邊是冰川千年演化留下的漂礫。

  春夏之交的稻城亞丁,慢慢進入旅游旺季,有人說這里是“一生一定要去的地方”。亞丁機場是全國海拔最高的民用機場,飛碟的造型與原始的自然風光形成了一種科幻感,游客們喜歡以“飛碟”為背景,在刻著“海拔4411米”的石頭前拍照打卡。

  何會海頭也不回。他的目的地在10公里外、海拔4410米的海子山,那里有比飛碟形機場更科幻的“大網(wǎng)”。“大網(wǎng)”為捕天而建,名叫“高海拔宇宙線觀測站”,而宇宙線是一種來自宇宙空間的高能粒子,里面裝著宇宙的歷史。何會海是“大網(wǎng)”的總工藝師。

  

  海子山上的“大網(wǎng)”。中科院高能所供圖

 

  

  布網(wǎng)捕天

 

  何會海和同事一起鉆進機場外的車里。過去7年,他們頻繁地從這里上山、下山。這次他們是為迎接5月10日“大網(wǎng)”的國家驗收而來。

  從遠處看,“大網(wǎng)”像一張平鋪在海子山上、編織齊整的蜘蛛網(wǎng)。海子山上據(jù)說有1000個海子,“海子”是高山湖泊的意思?!按缶W(wǎng)”比有些海子還要大,約占190個足球場。只要15分鐘,他們就能從亞丁機場抵達“大網(wǎng)”?!半x機場近”是在他們在給“大網(wǎng)”選址時就計劃好的。

  2009年,觀測站首席科學家曹臻最早提出建網(wǎng)的設想,大家商議說要找一個地勢高、交通便利的地方。地勢高,可以離天更近;交通便利,方便走電纜、傳數(shù)據(jù)、對外交流。

  他們用5年時間考察了云南、青海、西藏、四川的高海拔地區(qū)。何會海說,每個地方都是“好地方”,但也都是“人跡罕至,去了會掉眼淚的地方”。

  原本,大家最青睞的地方在云南,那是中國第一代宇宙線探測裝置的誕生地。新中國成立初期,老一輩科學家在云南東川3180米的山頭上,建起了中國的第一個宇宙線實驗室——落雪站。作為“根正苗紅”的中國第三代宇宙線研究者,曹臻的老師、老師的老師,都從這里成長起來。選址時,曹臻和何會海挑了個比落雪站海拔更高的山頭,騎著馬在大雪地里走了幾十公里,從海拔3000多米踩出一條通往海拔4000多米的小徑。景色絕美,但交通不便。

  四川稻城的海子山是選址的最后一站。2014年秋天,曹臻第一次帶隊上山,恍惚間像是上了火星,四周的灰褐色漂礫了無生機。附近山頭上蹲著的狼和午夜的狼嚎提醒他們,人類是入侵者。

  他們每天背著飲用水和蔥油餅,在一個個山頭上尋找最合適的位置。直到有一天,團隊里一位成員實在走不動了,就原地坐下等大家,其他人則像往常一樣,進入事先在地圖上圈出的目的地。正當大家又一次筋疲力竭、垂頭喪氣地返回時,有人突然注意到,那位走不動的團隊成員坐著休息的地方,地表平整,又離大路近,不正是他們?yōu)橹て畦F鞋的地方嗎?

  選定布網(wǎng)地點后,曹臻從預研項目里拿出11萬元,請人拍了幅1:2000的測繪地圖,然后在地圖上“排兵布陣”。他們先圈出一個直徑1.3公里的圓,在圓的中心畫上占地78000平米的水池,再在圓圈里分別以“品”字形布上1188臺繆子探測器、5216臺電磁粒子探測器,最后布上18臺可移動的望遠鏡。

  

  “大網(wǎng)”建設初期的地貌。中科院高能所供圖

  耗時7年,總花費12億元,他們最終將這張網(wǎng)真正布在了海子山上。起初,有人質(zhì)疑:“你們花這么多錢建這個東西,沒準將來就是啥也看不見?!钡螘?、曹臻等布網(wǎng)的人卻神神秘秘地回答:“宇宙永遠超乎你們的想象?!?/p>

  之后發(fā)生的事,超出了所有人的想象。

  2020年4月初,剛剛布成一半、還沒調(diào)試好的“大網(wǎng)”上,出現(xiàn)了“一縷劃破高能伽馬天空的曙光”。經(jīng)過3個月驗證,大家確信那就是他們一直在嘗試捕捉的超高能伽馬光子。

  2021年春天,他們通過《自然》雜志向全球宣告了新發(fā)現(xiàn)——宇宙里伽馬光子能量的理論極限已經(jīng)被突破。理論物理學家驚慌失措,一些人私下跟曹臻說:“你們再測出一個兩個超高能量光子來,我們就要徹底完蛋了?!辈贿^,當更多超高能量光子被捕到后,理論物理學家們并沒有“完蛋”,他們反倒是被卷進了一個人類未曾涉足過的全新領域——超高能伽馬天文學。

  到2022年時,布網(wǎng)的人有了更驚人的收獲。這年的10月9日21點17分,地球接到了宇宙深處傳來的、史上最亮的伽馬射線暴(GRB 221009A),爆發(fā)持續(xù)了20分鐘,一分不落、不偏不倚地被“大網(wǎng)”捕捉到。高海拔宇宙線觀測站成為全球唯一一個探測到這場伽馬射線暴的地面探測器。“就像宇宙中有人打開了一支手電筒,恰好就照在我們身上?!辈苷楹敛谎陲梼?nèi)心的興奮。

  在國家驗收之前,基于高海拔宇宙線觀測站項目發(fā)表的期刊論文就已經(jīng)有215篇,會議論文約156篇。有一次,曹臻在西班牙開會,一位國際同行拉住他抱怨:“這不公平,老天爺對你們也太好了,我們干了20年,什么也沒看著?!?/p>

  在海子山上布網(wǎng)的人們知道,大家心里都藏著一個疑問:“憑什么老天爺對你們那么好?”  

  憑什么?

  這個問題,何會海經(jīng)常要向“大網(wǎng)”的到訪者們解釋。自從他們的成果屢屢亮相國際后,“大網(wǎng)”的名聲越來越大,希望了解“大網(wǎng)”的人也越來越多。作為總工藝師,滿腦子裝著探測器故事的何總搖身一變,成了“金牌講解員”。

  每次,他都會先帶著到訪者往觀景臺上爬。觀景臺只有兩節(jié)樓梯,初來乍到的人總是上得很慢,每個人都要努力地從稀薄的空氣里榨出氧氣,讓突突直跳的心臟和太陽穴可以稍微平穩(wěn)一些。每到這時,皮膚黝黑、身材頎長的何會海,就張著兩個大鼻孔走在最前頭,一邊爬樓梯一邊扭頭鼓勵大家:“你們已經(jīng)很棒了,不少人剛到大門口就被抬了回去?!甭犃诉@話,每雙沉重的腳底板都生出了幾分自信。

  何會海見過各式各樣的高反,2017年“大網(wǎng)”主體工程開工時,站里拉來三四十位工人,才過一天就走了一半,走的人叫苦不迭:“不行,這錢掙不了,給再多錢也不干。”讓何會海引以為豪的是“搞科研的人沒一個打過退堂鼓”?;蛟S是因為只有身處4410米高處,感受過呼吸的辛苦,人們才能理解“不打退堂鼓”有多難,所以,何會海每次都會在觀景臺上講這件事,到訪者們也總聽得津津有味。

  

  “金牌講解員”何會海在向到訪者介紹觀測站里的探測器。倪思潔攝

  “金牌講解員”之所以是“金牌”,還因為他能一邊講故事一邊讓外人明白,觀景臺邊上不起眼的土包怎么就不動聲色地捕到了宇宙線。

  觀景臺前頭,方圓1平方公里內(nèi),到處都是土包。土包上系著用來固土的“紅領巾”,底下埋著繆子探測器,土包旁邊是電磁粒子探測器,上面支著綠色的“遮陽傘”。

  何會海會告訴到訪者,平方公里范圍內(nèi)的幾千個探測器必須同步工作,而他們已經(jīng)讓探測器之間的時間誤差被控制在0.0000000002秒以內(nèi);土層底下包裹著電磁粒子探測器的水袋子里裝著超純凈水,埋在土里能20年不變質(zhì)。

  

  從觀景臺上看到的繆子探測器陣列和電磁粒子探測器陣列。倪思潔攝

  就在到訪者瞪大眼睛時,何會海又給大家講投標企業(yè)“上當”的故事。

  “大網(wǎng)”里,很多不起眼的“零件”都有極其嚴苛的指標。觀景臺斜前方是毫無修飾的方形“房子”,“房子”里裝著水切倫科夫望遠鏡。望遠鏡由3個水池組成,兩個是150米乘150米的,另一個是300米乘110米的。投標企業(yè)一開始覺得“建個水池能有多難”,便自告奮勇接了項目,后來才發(fā)現(xiàn)這些要在零下三四十度高原上建的水池,不僅要防光、防漏,還要能保溫。最后,在科研人員的“步步緊逼”下,企業(yè)直接靠三個最不起眼的水池,拿下了四川省建設工程天府獎杯的金獎。

  龐大的規(guī)模和嚴苛的細節(jié),成就了“大網(wǎng)”的很多“世界之最”:繆子探測器和電磁粒子探測器,共同組成了目前世界上最靈敏的超高能伽馬射線探測裝置,靈敏度不僅遠高于美國同類實驗HAWC,還遠高于尚未建成的下一代伽馬射線望遠鏡CTA;大水池是世界上最靈敏的甚高能伽馬射線源巡天觀測裝置,探測器面積和靈敏度都是HAWC實驗的4倍;繆子探測器、電磁粒子探測器、水池、望遠鏡四種不同的探測設備組成了世界上能量覆蓋范圍最寬的超高能宇宙線復合式立體測量系統(tǒng)……

  關于“憑什么老天爺對你們那么好”,“金牌講解員”解釋:“只要陣列足夠大、探測靈敏度足夠高,就一定會看到新現(xiàn)象?!?/p>

  別人又追問:“那你們的運氣也太好了吧?”至于“運氣”的事,何會海解釋不了,曹臻也解釋不了,他們都不是認同宿命論的人。  

  不信命的人

  觀測站里的很多人都不信宿命論。觀景臺底下,有一塊醒目的紅色牌子,上面寫著一句有點“嘮叨”的標語:“無論有多大的困難,都要去克服,再困難還要去克服,克服就是要去做這個做不了的事情。”

  “這是我們曹總說的,大家覺得好,就立這兒了?!焙螘5难劬πΤ闪藦潱劢窍率秋L吹日曬后留下的深色皺紋。

  

  每次,“金牌講解員”何會海都會站在觀景臺下等待到訪者,觀景臺下立著首席科學家曹臻的格言。倪思潔攝

  曹臻本人至今不知道到底是誰把這話立了起來,但他記得這是他在建最后5個繆子探測器土包時咬著牙說的。

  最后5個繆子探測器土包,一開始并沒有出現(xiàn)在規(guī)劃圖上。這5個點恰好位于比房子還要大的漂礫上,土包在上面根本立不住。等到探測器陣列差不多快建成時,曹臻察覺到,如果缺少這5個點,“大網(wǎng)”就相當于豁了口,探測的靈敏度和有效性會大幅降低。于是,他們決定用混凝土替代普通土丘,把最后5個探測器補齊。這5個土包是1188個土包里最貴的5個,曹臻、何會海等只能咬緊牙關、勒緊褲腰帶,把多花的錢從別的地方省出來。

  

  項目建設期,在工程現(xiàn)場工作的曹臻(右三)。中科院高能所供圖

  其實,參與工程研制建設的很多人都咬著牙干過活。

  負責基建安裝工作的工程師馮少輝和吳超勇是第一批上山布網(wǎng)的人。那是2015年,當時山上荒無人煙,大家住在山下稻城縣的民宿里。民宿是木質(zhì)結(jié)構(gòu),每晚老鼠在房頂吱哇亂竄,馮少輝就用手機放貓叫聲,前兩天還管用,老鼠的動靜小了些,可是第三天又不消停了。

  工程開工后,最讓馮少輝難忘的是一次工人撤場大會,當時,胡子拉碴的馮少輝站在臺上,看著臺下同樣烏漆嘛黑、嘴唇干裂的工人小伙兒,突然想到了大家剛進場時的白凈模樣,一瞬間各種致謝的場面話都顯得蒼白,他忍著淚沖著臺下深鞠一躬說,“大家開心撤場,我們絕不讓工程商拖欠大家一分錢工資”。最讓吳超勇難忘的是在暴風雪里值的一次夜班,為了趕水池建設進度,吳超勇帶著人輪流值夜班,那天,零下30多度,外面的風雪呼呼地刮,大家裹著棉被在池底哆哆嗦嗦地忙了一整夜。

  數(shù)據(jù)平臺技術部的負責人程耀東算是第二波上山的人,他的任務是給“大網(wǎng)”建數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心相當于“大網(wǎng)”的中樞神經(jīng)。2017年,程耀東一上山就傻眼了,山上不光沒有機房,連正兒八經(jīng)的房子都沒建成。按照進度節(jié)點,2018年初,“大網(wǎng)”要取數(shù)并把數(shù)據(jù)傳回北京。無奈之下,程耀東帶著人把工程施工隊撤場后留下的簡易鋼架房改成臨時機房,咬牙挺了20個月,夏天,機房里的積水能淹十幾公分,冬天,冰溜子能結(jié)一米多長。但2018年2月3日,“大網(wǎng)”探測的第一縷宇宙線數(shù)據(jù)還是成功傳回了北京。2019年后,有了正式的機房后,程耀東一咬牙又把它建成了“全國最牛的數(shù)據(jù)中心”,不僅可以“零觸發(fā)”式自動獲取數(shù)據(jù),每秒鐘數(shù)據(jù)讀取量還高達4GB,“大網(wǎng)”從此可以在無人值守的情況下全天候運行。

  除了基建和數(shù)據(jù)中心外,探測器的安裝、調(diào)試也是要咬牙干的活兒。廣角切倫科夫望遠鏡的調(diào)試都是在晚上進行,就算在不值夜班的時候,望遠鏡分系統(tǒng)成員楊明潔的手機也不會關機。2019年1月第一臺望遠鏡試運行后,很多意想不到的問題隨之出現(xiàn),楊明潔幾乎每天半夜都要起床做調(diào)試。電磁粒子探測器組成員趙靜負責探測器安裝工作,2018年上山時,她的孩子不到兩歲,之后的四年她幾乎中斷了實驗室里的所有科研。當被問到“值不值”時,趙靜反問:“不然我之前的付出又是為了什么呢?既然選擇了,就要堅持下去?!?/p>

  項目團隊里咬著牙干過活的人都覺得,曹臻關于克服困難的那句“嘮叨”,是大家搏命的動力?!拔以谝а赖臅r候,看看我旁邊的同事也在咬牙堅持,沒問題,我們一起?!彼亟ㄔO團隊的成員、中科院高能所副研究員劉成說?! ?/p>

  比“大網(wǎng)”更大的網(wǎng)

  在“大網(wǎng)”建設的高峰期,站上很熱鬧,有教授、有學生、有企業(yè)經(jīng)理、有工人,很多人既是奔著“大網(wǎng)”而來,也是奔著曹臻而來。

  工人里資歷最老的是剛哥,人送外號“活化石”。剛哥名叫楊剛,是高海拔宇宙線觀測站的常駐工人,祖籍四川,已經(jīng)到了快退休的年紀。

  剛哥只有高中學歷,卻跟宇宙線觀測打了大半輩子交道。90年代,曹臻的博士生老師、中科院高能所研究員譚有恒等人在懷柔建宇宙線觀測設施時,剛哥幫著看大門。譚有恒看他閑著,就手把手教他怎么安裝探測器。20世紀末,我國第二代宇宙線探測裝置——西藏羊八井宇宙線觀測站建設時,他跟著譚有恒上了羊八井。之后,他又跟著曹臻上了海拔更高的海子山。剛哥親眼見證了中國宇宙線探測陣列從懷柔的幾十個探測器,變成羊八井的幾百個探測器,再變成海子山的幾千個探測器。

  剛哥有件常掛在嘴邊的事:“別看我文化不高,這里好多搞科研的人都是我看著長大的。”“搞科研的人”里包括首席科學家曹臻。

  

  剛哥(右)與曹臻合影。受訪者供圖

  曹臻比剛哥小一歲,兩人在懷柔建探測器時,曹臻閑著沒事就拎上幾瓶便宜的啤酒去找剛哥,剛哥隨手端出一碟花生米,兩個人吃著、喝著、擺龍門陣。曹臻不記得當時聊了些什么,他說自己“可以和省長、省委書記坐一起聊,也可以和工人、農(nóng)民聊好久”。

  曹臻自稱“三省人”,母親是貴州人,父親是四川人,自己出生在云南。云貴川三省豪爽耿直的狠勁和愛聊天的隨和,都長在他的基因里。剛哥覺得跟曹臻很投緣,他還覺得要是沒有曹臻的話,“海子山上的事情干不成”。

  不過,曹臻覺得,海子山上的事情沒了誰都干不成。2009年,受中科院高能所建大科學裝置的風格影響,曹臻從一開始就計劃著要網(wǎng)羅中科院內(nèi)外有能耐的科研機構(gòu)一起干。他一共拉了6家中科院內(nèi)外的科研機構(gòu)、7家高校、40多家企業(yè)“入伙”。一張無形的、比“大網(wǎng)”更大的網(wǎng)由此開始向外蔓延。

  曹臻是鐵了心要拉高?!叭牖铩钡模驗樗袀€心結(jié)。他的第一位博士生在找工作時犯了愁,國內(nèi)做宇宙線研究的高校寥寥無幾,最后這位學生只能委身于一家與宇宙線毫不相干的地方高校。從那時起,曹臻就暗下決心,一定要把國內(nèi)高校的宇宙線研究搞起來。

  參與研制“大網(wǎng)”時,好幾家高校干成了“很了不起的事”。曹臻每次介紹裝置時,都要提云南大學、四川大學與中科院高能所合作研制的廣角切倫科夫望遠鏡,那是基于硅光電倍增管相機技術的望遠鏡,全國絕無僅有,18臺望遠鏡的觀測時間因此比原先延長了一倍,在有強月光的夜晚也可以穩(wěn)定觀測。

  他也會介紹清華大學和中科院高能所合作研制的“小白兔”系統(tǒng),正是這個系統(tǒng)讓“大網(wǎng)”上千個探測器的時間差低于0.0000000002秒。

  由于“大網(wǎng)”采取“邊建設、邊運行”的模式,曹臻從建設一開始就張羅著讓“大網(wǎng)”向國內(nèi)外高校和科研機構(gòu)開放,西藏大學、河北師范大學、廣州大學、廣西大學等地方高校成了國內(nèi)合作成員單位。來自中國、俄羅斯、泰國、瑞士的28個天體物理研究機構(gòu)和高校,還慢慢組成了國際合作組。大家聯(lián)合起來,利用觀測數(shù)據(jù)開展粒子天體物理研究,同時也開展宇宙學、天文學、粒子物理學等眾多領域的基礎研究。

  在“大網(wǎng)”出成果之前,曹臻常常想一個問題:“為什么我們的文明是世界上最古老的文明之一,卻在現(xiàn)有的宇宙觀中毫無發(fā)言權(quán)?”“大網(wǎng)”名揚天下之后,曹臻體會到,“只要我們做出世界一流的科學成果,我們的思想就能自然而然地對人類文明作出貢獻”。

  在中國“捕天人”眼中,“大網(wǎng)”沒有邊界,它不限于哪座山,不限于哪片天,不限于哪群人,而是向著宇宙暗夜的起點和人類文明的歸處無限展開。

  

  2021年合作組會議后的合影。中科院高能所供圖

引自中國科學報2023.5.11版 原地址:https://mp.weixin.qq.com/s/ANLXBaMoij6IlA7-g2qh9Q


附件下載:

地址:北京市918信箱 郵編:100049 電話:86-10-88235008 Email:ihep@ihep.ac.cn
中國科學院高能物理研究所 備案序號:京ICP備05002790號-1 文保網(wǎng)安備案號: 110402500050