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    光明日报 2021年12月23日 星期四

    高海拔宇宙线观测站

    作者:本报记者 齐 芳 《光明日报》( 2021年12月23日 01版)

      【晒晒咱的国之重器⑫】

      仰望星空,你是否会好奇:我们身处的宇宙从何而来?宇宙中究竟有什么?未来又向何处去?

      青藏高原上,有一群科学家正努力寻求答案——

      在海拔4410米的四川省稻城县海子山,铺开一张占地面积约1.36平方公里的“大网”,捕捉被称为“宇宙飞弹”的宇宙射线。这就是由国家发展改革委立项支持的高海拔宇宙线观测站,昵称“拉索”(LHAASO)。

      高能宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子,其能量跨度为109~1020电子伏特,主要由质子和多种元素的原子核组成,并包括少量电子和光子。宇宙线弥漫在整个宇宙,携带着宇宙起源、天体演化、太阳活动及地球空间环境等重要科学信息。研究宇宙线及其起源是现代物理学中最基础的问题之一,也是人类探索宇宙的重要途径。

      “LHAASO的核心科学目标是探索高能宇宙线起源以及相关的宇宙演化和高能天体活动,并寻找暗物质;广泛搜索宇宙中尤其是银河系内部的伽马射线源等。”LHAASO首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员曹臻介绍,LHAASO通过捕捉光子来研究宇宙线,这张“大网”的一个个节点是布置在地面上的5216个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器,“大网”的中心是占地78000平方米的水切伦科夫探测器,水切伦科夫探测器外侧就是18台广角切伦科夫望远镜。

      让曹臻自豪的是,LHASSO具有最高的超高能伽马射线探测灵敏度、甚高能伽马射线巡天普查灵敏度,最宽广的能量覆盖度对宇宙线能谱和成分进行精确测量,不仅是目前国际上最先进的地面宇宙线探测站,更能够长期占据这类实验研究领域的制高点。

      还在试运行的LHAASO已经产出了世界级的原创成果:2021年5月,国际学术期刊《自然》刊登了LHAASO国际合作组的最新成果——首次在银河系内发现大量超高能宇宙线加速器,为寻找超高能宇宙线的来源划定了目标。同时,LHAASO记录到能量达1.4拍(拍=千万亿)电子伏的伽马光子。这是人类观测到的最高能量光子,突破了人类对银河系粒子加速的传统认知,开启了“超高能伽马天文学”的时代。

      除了这些天体物理的发现,LHAASO在其他领域也能大显身手。“比如我们与气象学家合作,探索雷电和宇宙线的关系。再比如,宇宙线在到达地球的时候会受到太阳抛射的影响,我们也可以尝试利用宇宙线数据进行空间天气预报。还有,LHAASO建在青藏高原上,还要开展气溶胶测量,结合这一特殊的地理位置,我们联合气象研究单位,为生态和环境研究开辟了一个新的场所。”曹臻透露。

      LHAASO是我国第三代高山宇宙线实验站,从学生到首席科学家,曹臻亲身经历了中国科学家在这一领域从跟随、并跑到主导的过程。曹臻说:“近些年国家越来越重视基础研究,我们有信心在这一领域保持国际领先优势。在LHAASO规划时,我们就已经留出了升级改造的空间,而我们也在探索新一代宇宙线探测设备——现在我们要捕捉的是光子,未来要捕捉中微子,最终圆满地解决宇宙线起源这个世纪谜题。”

      (本报记者 齐 芳)

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