高原的夜晚格外迷人，人類裸眼可見的星星幾乎鋪滿了整片夜空。在這里，人類和宇宙的距離縮短了一點(diǎn)點(diǎn)，離宇宙的奧秘也近了一步，高原空氣稀薄，傳遞宇宙大事件的“信使”——時(shí)刻造訪地球的宇宙線更容易被捕捉到。
“信使”來訪的過程像一場極其短暫的、看不見的粒子“陣雨”：宇宙線粒子進(jìn)入大氣層，“擊中”大氣中的原子核，產(chǎn)生上百萬個(gè)次級粒子，瞬間降落在地面上，持續(xù)時(shí)間通常只有幾納秒。
為了收集“宇宙線雨”，探究宇宙起源、天體演化，中國科學(xué)院高能物理研究所（以下簡稱“中科院高能所”）在四川稻城平均海拔4410米的海子山上，修建了大型高海拔宇宙線觀測站：LHAASO（ Large High Altitude Air Shower Observatory），譯為“拉索”，在藏語里的含義是“好”，表示歡呼。
“拉索”全貌。中國科學(xué)院高能物理研究所供圖
5月10日，拉索項(xiàng)目通過國家驗(yàn)收，成為目前國際粒子天體物理三大實(shí)驗(yàn)設(shè)施之一，對促進(jìn)該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大原創(chuàng)突破、帶動(dòng)前沿交叉相關(guān)學(xué)科發(fā)展和國際合作具有重要意義。
截至目前，基于LHAASO項(xiàng)目發(fā)表的期刊論文累計(jì)約215篇，已有兩項(xiàng)重要成果分別登上《自然》《科學(xué)》世界頂尖雜志。拉索項(xiàng)目經(jīng)理、中科院高能所首席科學(xué)家曹臻預(yù)告，5月底將發(fā)布重要的科研成果。
扎紅頭繩的“土包”是繆子探測器，共有1188個(gè)。
拉索建設(shè)途中發(fā)現(xiàn)重要成果，開啟超高能伽馬天文學(xué)時(shí)代
“拉索”占地面積約2040畝，面積接近兩個(gè)故宮。僅從外觀上看，它是由1188個(gè)“土包”組成的圓形陣列。再仔細(xì)一看，“土包”們都扎著用來固沙的紅頭繩。這是繆子探測器，外表“土氣”的它們平均每個(gè)造價(jià)10萬元。
拉索項(xiàng)目副經(jīng)理、中科院高能所研究員何會(huì)海介紹，這種探測器的目標(biāo)是繆子，這是一種處于中間狀態(tài)的粒子，穿透能力很強(qiáng)。有科普作家把繆子比為電子的“胖哥哥”，除了比電子重很多以外，其他性質(zhì)與電子幾乎完全一致?！爱?dāng)你走在拉索，每秒大概有100多個(gè)繆子穿透你的身體。不用擔(dān)心，理論上來說，對你的身體不會(huì)造成影響”，他說。
拉索項(xiàng)目副經(jīng)理、中科院高能所研究員何會(huì)海。
之所以做成土包的形狀，何會(huì)海表示，這是為了用土層吸收、屏蔽掉電磁成分，防止它們對探測產(chǎn)生干擾。
土堆下是一個(gè)直徑6.8米、高1.2米的混凝土罐體，罐體中放置了裝有超純水的高反射率水袋?？娮哟┰酵翆?，進(jìn)入下面罐體的水中時(shí)，產(chǎn)生切倫科夫光，水袋頂部中心的形似“電燈泡”的光電倍增管將接收的光信號放大，再轉(zhuǎn)化為電信號進(jìn)行測量。
何會(huì)海介紹，經(jīng)過密封處理，純水可以維持20年不變質(zhì)，“過20年后拿出來還能喝，甚至比瓶裝礦泉水還要干凈?！睒?gòu)成世界上范圍最大的繆子探測器陣列，范圍達(dá)到4萬平米分布在繆子探測器周圍、由綠色防水布包裹的長方體是電磁粒子探測器，共有5216個(gè)，二者互相配合。
位于拉索正中心的，是一個(gè)深4.5米、占地78000平方米的純凈水水池，相當(dāng)于2.5個(gè)北京“水立方”，它完全密封，水底布置國產(chǎn)巨型光電倍增管。這是水切倫科夫探測器陣列，這里的水溫常年保持在3度以上，維修時(shí)工作人員不僅要忍受寒冷，也要時(shí)刻保持警惕以免掉下去。
由藍(lán)色集裝箱改裝的18臺廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列。
除此之外，還有18臺斜沖向天空的，由藍(lán)色集裝箱改裝的廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列，創(chuàng)新采用新型硅光電管，克服望遠(yuǎn)鏡月夜無法工作的難題，有效觀測時(shí)間延長1倍。
這3種不同類型的地面探測器陣列分工不同：電磁粒子探測器陣列和繆子探測器陣列主要用于探測能量稍高的宇宙線，水切倫科夫探測器陣列專門用來探測能量較低的宇宙線，廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列將對宇宙線能譜進(jìn)行高精度測量。三者結(jié)合起來，可以全方位、多變量地測量來自于高能天體的伽馬射線和宇宙線。
2017年夏天，拉索破土動(dòng)工。按照曹臻和團(tuán)隊(duì)計(jì)劃，“拉索”一邊建設(shè)一邊運(yùn)行，2020年1月，拉索建成一半陣列時(shí)，已經(jīng)投入運(yùn)行的設(shè)備就接收到令人激動(dòng)的觀測結(jié)果。拉索記錄到最高1.4PeV的伽馬光子，相當(dāng)于醫(yī)學(xué)診斷用的X射線能量（約1萬電子伏特）的1000億倍，是目前為止觀測到的最高能量光子。 科研人員發(fā)現(xiàn)，銀河系內(nèi)普遍存在能夠?qū)⒘Ｗ幽芰考铀俪^1拍電子伏特的超高能宇宙線加速器，年輕的大質(zhì)量星團(tuán)、超新星遺跡、脈沖星風(fēng)云等是超高能宇宙線起源的最佳候選天體。同年5月17日，這一成果發(fā)表于《自然》雜志，被雜志社專業(yè)副主編評價(jià)為“真正的突破”和“新時(shí)代的開始”。
2020年7月9日，科研人員利用“拉索”精確測量到高能天文學(xué)標(biāo)準(zhǔn)燭光——蟹狀星云的亮度，在更廣的能量范圍內(nèi)為超高能伽馬光源測定了新標(biāo)準(zhǔn)，這一成果發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
50%建筑工人因高反離開，設(shè)備運(yùn)維工作類似鐵路巡道工
至今，人類還不知道宇宙線來自哪種天體，經(jīng)由什么樣的加速機(jī)制來到地球。自1912年第一次發(fā)現(xiàn)宇宙線至今，困擾人類百年的謎題仍然沒有答案。
但正是這種未知，驅(qū)使著好奇的人們一步一步往前求索。人類嘗試發(fā)射衛(wèi)星，接收外空宇宙線，或者將巨型中微子望遠(yuǎn)鏡送入南極冰層深處，或是攀登上高原，拉起“大網(wǎng)”接收粒子“陣雨”。
我國從20世紀(jì)50年代初期就開始了宇宙線探索，學(xué)成歸國的第一代宇宙線研究人員于1954年在海拔3180米的云南落雪山建立國內(nèi)第一個(gè)高山宇宙實(shí)驗(yàn)室。1987年，在中科院高能所研究員譚有恒等人的推動(dòng)下，我國第一代伽馬天文探測器“羊八井國際宇宙線觀測站”在海拔4300米的西藏羊八井建成。作為譚有恒的學(xué)生，曹臻成為觀測站的第一位值班人員，日后也接下了建設(shè)新一代宇宙線觀測站的接力棒。
在我國開展“十二五”規(guī)劃，要求增強(qiáng)科技創(chuàng)新能力的背景下，曹臻代表團(tuán)隊(duì)在2009年正式提出了拉索計(jì)劃。早在1年前，他們團(tuán)隊(duì)就開始在尋找建設(shè)新觀測站的合適地點(diǎn)。他們走過西藏、青海、云南、四川省內(nèi)的5個(gè)高海拔地區(qū)，花費(fèi)6年時(shí)間，最終在2014年選中四川甘孜州稻城的海子山。
何會(huì)海是團(tuán)隊(duì)中唯一到過所有地方的人，對于最終為何選中四川稻城海子山，他介紹，這個(gè)地方最符合要求：首先，海子山的平均海拔在4410米，這塊地足夠平，高度落差不超過正負(fù)30米。其次是交通，這塊地毗鄰公路227國道，距離稻城機(jī)場10公里，附近水源充足，周圍有大大小小1000多個(gè)湖泊，可以滿足探測器需要大量超純凈水的條件；當(dāng)?shù)赜幸欢ㄡt(yī)療條件，具備高壓氧艙。最后，觀測站運(yùn)行后會(huì)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，因此要有光纖網(wǎng)和供電。
2017年6月，拉索開始動(dòng)工，許多羊八井觀測站的“老員工”參與了新一代宇宙線觀測站的建設(shè)中去。
工作人員住在海拔3750米的稻城縣城里，每天早上8:30乘車去往海子山，中午會(huì)有人把盒飯送到山上，當(dāng)天下午5點(diǎn)左右乘車返回。只有少數(shù)值班的人會(huì)留在山上過夜，有人說夜里偶爾會(huì)聽見狼叫。
何會(huì)海說，在高海拔的地方，說話都是一種體力勞動(dòng)，走路要越慢越好。高原反應(yīng)是他們面臨的第一道關(guān)卡，建筑團(tuán)隊(duì)上山后，三天之內(nèi)能留下來的大概只有50%。有一家建筑公司派來最優(yōu)秀的經(jīng)理，他在三天內(nèi)上吐下瀉、發(fā)高燒，幾乎體驗(yàn)遍所有高反癥狀，下山后他說這輩子再也不想去高原了。
科研團(tuán)隊(duì)中，沒有人因?yàn)楦叻措x開。何會(huì)海表示，很多人一年里在高原上待的時(shí)間甚至超過300天，只有在冬天的一兩個(gè)月不在高原。何會(huì)海和部分工作人員，因長期暴露在強(qiáng)烈的紫外線下，膚色黝黑，臉頰有些許泛紅。
建成后，在拉索的工作人員一個(gè)非常重要的工作是巡邏，看看土包的運(yùn)行情況，檢查插頭、螺絲等。何會(huì)海形容這份工作類似鐵路上的巡道工，工作內(nèi)容無聊且耗費(fèi)體力，全部巡邏一遍需要2-3個(gè)月的時(shí)間。除了中科院高能所的工作人員，現(xiàn)場還有藏族的兄弟姐妹參與運(yùn)維工作，目前在崗的將近20人。
目前，拉索收集到的海量數(shù)據(jù)，從海子山實(shí)時(shí)傳輸?shù)轿挥诒本┦吧降闹锌圃焊吣芩?，由科研人員對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。何會(huì)海表示，過去在西藏羊八井，收集宇宙線實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)后，值守的科研人員每三個(gè)月往北京寄一次磁帶。后來得益于通訊技術(shù)的發(fā)展，可以通過遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)，極大地提高了數(shù)據(jù)的時(shí)效性和科研效率。
曹臻認(rèn)為，拉索在處理數(shù)據(jù)方面提供了一種范例，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相信未來可以做到數(shù)據(jù)就地處理，這是最好的方式，但也極具挑戰(zhàn)性。
貢獻(xiàn)中國的宇宙觀需要做出一流的科研成果，同時(shí)不能閉關(guān)鎖國
拉索取得了許多項(xiàng)世界之“最”：世界上最靈敏的超高能伽馬射線探測裝置、世界上靈敏度最高的甚高能伽馬射線源巡天普查望遠(yuǎn)鏡，以及能量覆蓋范圍最寬的超高能宇宙線復(fù)合式立體測量系統(tǒng)。
曹臻對拉索充滿信心，認(rèn)為將來有望破解宇宙線起源難題。他說，中華文明是世界上最古老的文明之一，但目前的宇宙觀中，中國沒有任何貢獻(xiàn)，這是一件很悲哀的事情。只有做出世界一流的科研成果，才能改變這種局面。
中科院高能所副所長董宇輝對此也感觸頗深，認(rèn)為“自立自強(qiáng)”意味著中國要在不依賴他人的情況下做成一件重要的事情，面臨“卡脖子”難題說明本領(lǐng)不夠。他還強(qiáng)調(diào)，自立自強(qiáng)不代表要閉關(guān)鎖國，要在整個(gè)人類的文明體系里面留下印記，必須要跟別人合作，大家互相有貢獻(xiàn)才能形成命運(yùn)共同體。
據(jù)了解，拉索面向國內(nèi)外全面開放共享，目前，已有28個(gè)天體物理研究機(jī)構(gòu)成為LHAASO的國際合作組成員單位。LHAASO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。
引自南方都市報(bào)2023.5.11版 原地址：https://m.mp.oeeee.com/a/BAAFRD000020230511796072.html?wxuid=ogVRcdMFq5d2C1cr0hVA2lI6EadM&wxsalt=8ae976
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