“拉索”首席科學家曹臻:探索宇宙奧秘 我們建成全球最靈敏的“火眼金睛”
位于稻城海子山的高海拔宇宙線觀測站。受訪者供圖
8月18日召開的“中國這十年·四川”主題新聞發(fā)布會提到,四川正在成為國家戰(zhàn)略科技力量重要承載區(qū)和創(chuàng)新要素加速匯聚地。四川擁有亞洲最大的航空風洞群、高海拔宇宙線觀測站、極深地下暗物質(zhì)實驗室等國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。
位于四川甘孜稻城的高海拔宇宙線觀測站(LHAASO,簡稱拉索),是全球靈敏度最高的高能宇宙線探測裝置,猶如孫悟空的“火眼金睛”,最近發(fā)現(xiàn)了迄今最高能量光子,開啟了“超高能伽馬天文學”時代。
十年磨一劍,拉索是怎樣從規(guī)劃、建設(shè)、建成到投入使用產(chǎn)生成果的?記者日前對話了高海拔宇宙線觀測站項目首席科學家曹臻。
觀測站選址稻城海子山
宇宙無限,信使有痕。拉索的核心目標是幫助科學家接收從外太空灑向地球的宇宙線,這些宇宙線相當于一個個“信使”,其攜帶的信息能幫助人們探索高能宇宙線起源、宇宙演化以及高能天體演化的奧秘。
1949年,以張文裕為代表的中國第一代宇宙線研究者,著手在云南東川的落雪山上建立實驗室,不過到了20世紀70年代,實驗室才進入“可用的狀態(tài)”。20世紀80年代末,第二代探索者接力,申請啟動西藏羊八井探測站建設(shè)。當時中方負責羊八井基地建設(shè),日方則提供陣列設(shè)備。
抱著看到更廣闊宇宙的堅定信念,曹臻帶領(lǐng)團隊在2009年正式提出建設(shè)“拉索”。曹臻團隊通過廣泛踏勘調(diào)研,高海拔宇宙線觀測站項目最終選定四川稻城的海子山,并在海拔較低的稻城縣城區(qū)建立測控基地。
2013年,在國務(wù)院發(fā)布的《國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中長期規(guī)劃(2012-2030年)》中,拉索被列為16個優(yōu)先安排的重大項目之一。
開啟“超高能”新時代
2017年,拉索在海子山破土動工。曹臻介紹,之所以選址四川稻城,是因為宇宙線粒子穿越大氣層時容易被吸收,越是在海拔高、空氣稀薄的地方設(shè)置探測器,接收到宇宙線粒子信號的可能性越大。但海拔如果太高,建設(shè)又太困難。
因為工程量大、工期長,拉索采取邊建設(shè)邊運行的方式,因此在建設(shè)階段就產(chǎn)生出不少令世界矚目的成果。除了測定蟹狀星云“標準燭光”超高能段亮度,2021年5月17日,拉索還發(fā)現(xiàn)首批“拍電子伏加速器”和最高能量光子,開啟“超高能伽馬天文學”時代。
2021年底,拉索正式通過性能工藝驗收,正式進入科學運行階段。
從高空俯瞰,占地1.36平方公里的拉索由3個探測器陣列組成。占地面積最大的是地面簇射粒子陣列,由5216個電磁粒子探測器和1188個繆子探測器組成。在拉索大圓盤的中心,是78000平方米的水切倫科夫探測器陣列,其兩角是由18臺集裝箱式樣的廣角切倫科夫望遠鏡組成的陣列。
“三種探測器陣列分工有所不同,相互間可印證且補充?!辈苷榕e例,望遠鏡陣列記錄的是宇宙線到達地面前在空中發(fā)展的全過程,而其他兩個陣列則捕捉到達時的瞬間信息,“這樣高度復(fù)合型且能夠覆蓋多能段的探測陣列在全世界都少見?!?/p>
如今,完成建設(shè)后的拉索每天都會“迎接”數(shù)十億“天外來客”宇宙線,成為地球上最繁忙的“宇宙驛站”。未來,拉索還將通過對這些宇宙線的研究,發(fā)現(xiàn)更多宇宙的奧秘。
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