長江日報大武漢客戶端5月17日訊 近日，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，又稱“拉索”）順利通過國家驗收。4410米高處的“拉索”，探索宇宙的超高能極限。什么是“拉索”？它有什么厲害之處？為什么說它是超高能宇宙線的中國探索？本期《面談》中，高海拔宇宙線觀測站首席科學(xué)家曹臻為廣大網(wǎng)友作分享。
4年建成拉索
中國夢之宇宙線研究
記者：拉索是什么？
曹臻：拉索是宇宙線的觀測設(shè)施，是我國自主提出、設(shè)計、建造的新一代伽馬射線望遠鏡和宇宙線探測裝置。作為110年來人類研究宇宙線的最大實驗裝置之一，它將伽馬天文學(xué)研究帶入了人類從未觀測過的新波段，它要探索的核心科學(xué)問題是尋找宇宙線的起源。這個探測器，它覆蓋的面積達到了1.36平方公里。形象一點說，它像一個網(wǎng)，也像一個巨大“圓盤”，每天負責“捕捉”從外太空進入地球大氣層的“天外來客”——宇宙線粒子。這個網(wǎng)格的一些節(jié)點上都放置了我們的探測器。宇宙線進入大氣之后，產(chǎn)生很多次級粒子。這些粒子像陣雨一樣灑下來，網(wǎng)格上面的這些探測器對這些粒子進行測量。
記者：拉索位于哪里？
曹臻：拉索位于海拔4410米的四川稻城海子山上。在高海拔地區(qū)進行地面觀測，探測器規(guī)模遠大于大氣層外的天基探測器。尤其在超高能量宇宙線觀測方面，由于樣本數(shù)量稀少，采用大規(guī)模探測器是唯一觀測手段。5年里，為了找尋拉索最合適的選址，我們跑遍了西藏、青海、云南、四川等所有具備高海拔特征的區(qū)域。最終，確定只有海子山能滿足我們想要的所有條件——海子山海拔高，可以減少大氣對宇宙線粒子的影響；地勢平坦，有充足的水資源，可以滿足大量超純凈水的需求。
記者：拉索建設(shè)花了多長時間？
曹臻：這個項目，國家審批通過后開始建探測器，建設(shè)時間僅僅4年。4年的時間，是很驚人的。在我們宇宙線的研究領(lǐng)域里，100年的歷史上，全世界范圍之內(nèi)這么快能夠建起來，從來沒有過。2009年，我們提出這個項目。2017年的時候，我們正式開始建設(shè)這個探測器。2023年順利通過國家驗收，用了14年。
從“跟跑”到“領(lǐng)先”
拉索將迎來更多宇宙發(fā)現(xiàn)的高光時刻
記者：拉索擁有的三大探測器陣列是什么？拉索為何能多變量地測量來自高能天體的伽馬射線和宇宙線？
曹臻：在1.36平方公里的面積內(nèi)，它擁有三大探測器陣列——由5216個電磁粒子探測器和1188個繆子探測器構(gòu)成的一平方公里地面簇射粒子探測器陣列、78000平方米的水切倫科夫探測器陣列以及18臺廣角切倫科夫望遠鏡。水切倫科夫探測器陣列用于觀測粒子“陣雨”中的次級粒子在水中產(chǎn)生的切倫科夫光，以求發(fā)現(xiàn)大量伽馬射線源；廣角切倫科夫望遠鏡陣列用于測量粒子“陣雨”的切倫科夫光或熒光；電磁粒子探測器陣列和繆子探測器陣列則分別測量粒子“陣雨”中的次級電磁粒子和繆子含量。憑借世界屋脊的海拔優(yōu)勢，搭配這四種探測技術(shù)互相配合、優(yōu)勢互補的復(fù)合測量，拉索成為目前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)。
記者：隨著拉索建成投用，我國宇宙線研究結(jié)束長達半個多世紀的跟跑，穩(wěn)穩(wěn)當當站到了領(lǐng)先位置，這如何理解？
曹臻：上世紀80年代，留學(xué)日本的中國科學(xué)院高能物理研究所研究員譚有恒在見到日本先進的綜合性空氣簇射陣列后，產(chǎn)生了在中國建設(shè)世界級宇宙線觀測基地的想法。1989年，譚有恒等人提出在西藏建立第一代伽馬天文學(xué)探測基地——羊八井宇宙線國際觀測站。我們跟意大利的研究單位、日本的研究單位在羊八井研究了30年。那個時候，日本研究單位提供了所有的技術(shù)、分析方法，我們提供場地、做觀測、做安裝，這是一個不對等的學(xué)習(xí)過程。上世紀90年代初期，我去羊八井值了第一個班，我在那里待了4個月。到了2000年，我們與意大利研究單位合作，同樣在羊八井，于2006年建成了國際上首個全覆蓋的探測陣列，即ARGO-YBJ實驗，延伸到了更低的能量段。這個時期，雙方在探測器研制、經(jīng)費投入、合作研究人員等方面都是對等的分享研究成果，這就形成了公平的合作。到2009年，又過了10年，我們自主地提出了全世界最好的探測器的設(shè)計方案，得到國家的支持，我們短短4年就建成了拉索。這實際上就是完成了從“跟跑”“并跑”到“領(lǐng)先”。最初我去到羊八井，那時候我還不到30歲，是研究生的身份。30年過去了，我們擁有了中國人自主研發(fā)的先進宇宙線觀測設(shè)施。
記者：未來十幾年，它將迎來更多宇宙發(fā)現(xiàn)的高光時刻嗎？
曹臻：這個答案是肯定的。目前，“拉索”已經(jīng)在新的起點上，將挑戰(zhàn)宇宙線研究的最前沿——向著宇宙線起源之謎發(fā)起沖擊！
《面談》直播截圖。（點擊圖片 看本期《面談》回放）
（長江日報記者陳靜茹 海報設(shè)計：張莉）
