長江日?qǐng)?bào)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(cè)站（LHAASO，又稱“拉索”）順利通過國家驗(yàn)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(cè)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(mèng)之宇宙線研究
記者：拉索是什么？
曹臻：拉索是宇宙線的觀測(cè)設(shè)施，是我國自主提出、設(shè)計(jì)、建造的新一代伽馬射線望遠(yuǎn)鏡和宇宙線探測(cè)裝置。作為110年來人類研究宇宙線的最大實(shí)驗(yàn)裝置之一，它將伽馬天文學(xué)研究帶入了人類從未觀測(cè)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(gè)探測(cè)器，它覆蓋的面積達(dá)到了1.36平方公里。形象一點(diǎn)說，它像一個(gè)網(wǎng)，也像一個(gè)巨大“圓盤”，每天負(fù)責(zé)“捕捉”從外太空進(jìn)入地球大氣層的“天外來客”——宇宙線粒子。這個(gè)網(wǎng)格的一些節(jié)點(diǎn)上都放置了我們的探測(cè)器。宇宙線進(jìn)入大氣之后，產(chǎn)生很多次級(jí)粒子。這些粒子像陣雨一樣灑下來，網(wǎng)格上面的這些探測(cè)器對(duì)這些粒子進(jìn)行測(cè)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(jìn)行地面觀測(cè)，探測(cè)器規(guī)模遠(yuǎn)大于大氣層外的天基探測(cè)器。尤其在超高能量宇宙線觀測(cè)方面，由于樣本數(shù)量稀少，采用大規(guī)模探測(cè)器是唯一觀測(cè)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(duì)宇宙線粒子的影響；地勢(shì)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(shí)間？
曹臻：這個(gè)項(xiàng)目，國家審批通過后開始建探測(cè)器，建設(shè)時(shí)間僅僅4年。4年的時(shí)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(gè)項(xiàng)目。2017年的時(shí)候，我們正式開始建設(shè)這個(gè)探測(cè)器。2023年順利通過國家驗(yàn)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(shí)刻
記者：拉索擁有的三大探測(cè)器陣列是什么？拉索為何能多變量地測(cè)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(cè)器陣列——由5216個(gè)電磁粒子探測(cè)器和1188個(gè)繆子探測(cè)器構(gòu)成的一平方公里地面簇射粒子探測(cè)器陣列、78000平方米的水切倫科夫探測(cè)器陣列以及18臺(tái)廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡。水切倫科夫探測(cè)器陣列用于觀測(cè)粒子“陣雨”中的次級(jí)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(yuǎn)鏡陣列用于測(cè)量粒子“陣雨”的切倫科夫光或熒光；電磁粒子探測(cè)器陣列和繆子探測(cè)器陣列則分別測(cè)量粒子“陣雨”中的次級(jí)電磁粒子和繆子含量。憑借世界屋脊的海拔優(yōu)勢(shì)，搭配這四種探測(cè)技術(shù)互相配合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的復(fù)合測(cè)量，拉索成為目前世界上最靈敏的超高能伽馬射線探測(cè)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(cè)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(dá)半個(gè)多世紀(jì)的跟跑，穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)站到了領(lǐng)先位置，這如何理解？
曹臻：上世紀(jì)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(jìn)的綜合性空氣簇射陣列后，產(chǎn)生了在中國建設(shè)世界級(jí)宇宙線觀測(cè)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(cè)基地——羊八井宇宙線國際觀測(cè)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(gè)時(shí)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(chǎng)地、做觀測(cè)、做安裝，這是一個(gè)不對(duì)等的學(xué)習(xí)過程。上世紀(jì)90年代初期，我去羊八井值了第一個(gè)班，我在那里待了4個(gè)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(gè)全覆蓋的探測(cè)陣列，即ARGO-YBJ實(shí)驗(yàn)，延伸到了更低的能量段。這個(gè)時(shí)期，雙方在探測(cè)器研制、經(jīng)費(fèi)投入、合作研究人員等方面都是對(duì)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(cè)器的設(shè)計(jì)方案，得到國家的支持，我們短短4年就建成了拉索。這實(shí)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(shí)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(jìn)宇宙線觀測(cè)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(shí)刻嗎？
曹臻：這個(gè)答案是肯定的。目前，“拉索”已經(jīng)在新的起點(diǎn)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(diǎn)擊圖片 看本期《面談》回放）
（長江日?qǐng)?bào)記者陳靜茹 海報(bào)設(shè)計(jì)：張莉）
