“拉索”首席科學(xué)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(huì)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(fēng)洞群、高海拔宇宙線觀測站、極深地下暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)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(xué)”時(shí)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(xiàng)目首席科學(xué)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(biāo)是幫助科學(xué)家接收從外太空灑向地球的宇宙線,這些宇宙線相當(dāng)于一個(gè)個(gè)“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(shí)驗(yàn)室,不過到了20世紀(jì)70年代,實(shí)驗(yàn)室才進(jìn)入“可用的狀態(tài)”。20世紀(jì)80年代末,第二代探索者接力,申請啟動(dòng)西藏羊八井探測站建設(shè)。當(dāng)時(shí)中方負(fù)責(zé)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(jiān)定信念,曹臻帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在2009年正式提出建設(shè)“拉索”。曹臻團(tuán)隊(duì)通過廣泛踏勘調(diào)研,高海拔宇宙線觀測站項(xiàng)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(gè)優(yōu)先安排的重大項(xiàng)目之一。
開啟“超高能”新時(shí)代
2017年,拉索在海子山破土動(dòng)工。曹臻介紹,之所以選址四川稻城,是因?yàn)橛钪婢€粒子穿越大氣層時(shí)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?yàn)楣こ塘看蟆⒐て陂L,拉索采取邊建設(shè)邊運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)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(xué)”時(shí)代。
2021年底,拉索正式通過性能工藝驗(yàn)收,正式進(jìn)入科學(xué)運(yùn)行階段。
從高空俯瞰,占地1.36平方公里的拉索由3個(gè)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(gè)電磁粒子探測器和1188個(gè)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(tái)集裝箱式樣的廣角切倫科夫望遠(yuǎn)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(bǔ)充。”曹臻舉例,望遠(yuǎn)鏡陣列記錄的是宇宙線到達(dá)地面前在空中發(fā)展的全過程,而其他兩個(gè)陣列則捕捉到達(dá)時(shí)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。”
如今,完成建設(shè)后的拉索每天都會(huì)“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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