「拉索」鳥瞰圖。圖源：中科院高能物理所

四川稻城海子山，海拔4410公尺處的一大片圓形區域內，數千個不同類型的探測器緊密有序排列，形成一個巨大的觀測陣列，時刻捕捉著來自宇宙深處的資訊。

這是中國大陸以宇宙線觀測研究為核心目標的重大科技基礎設施——高海拔宇宙線觀測站「拉索」（LHAASO）。5月10日，「拉索」通過國家驗收，將致力於探索宇宙線起源之謎，並通過觀測宇宙線探索更多宇宙奧秘。

海拔4410公尺的觀天陣列

「拉索」占地約1.36平方公里。這個巨大陣列的中心位置，是由按「品」字排列的三個大水池組成的水切倫科夫探測器陣列，面積約78000平方公尺；周圍則緊密排列著5216個電磁粒子探測器和1188個繆子探測器；此外還有由18台廣角切倫科夫望遠鏡組成的望遠鏡陣列。

宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子，主要由氫核、氦核、鐵核等多種元素的原子核組成，並包括少量正負電子，是人類目前能從宇宙深處獲得的唯一物質樣本，被稱為傳遞宇宙大事件的「信使」。

「研究宇宙線及其起源是人類探索宇宙的重要途徑。」「拉索」首席科學家、中科院高能物理所研究員曹臻介紹，宇宙線被發現110多年以來，相關探索研究已產生數枚諾貝爾獎牌，但依然有眾多謎題待解，宇宙線起源被國際物理學界列為「新世紀11個科學問題」之一。

據介紹，觀測宇宙線，可以「上天」，用粒子探測衛星尋找；可以「下海」，在水底安裝中微子望遠鏡；也可以「上山」，在高海拔地區搭建觀測站。

「在高海拔地區進行地面觀測，探測器規模可遠大於大氣層外的天基探測器。尤其在超高能量宇宙線觀測方面，由於樣本數量稀少，採用大規模探測器是唯一觀測手段。」曹臻說。

作為大型複合探測陣列，「拉索」是繼雲南東川、西藏羊八井高山宇宙線觀測站之後，中國建設的第三代高山宇宙線觀測站。經過廣泛選址和實地踏勘調研，「拉索」專案最終落戶四川稻城海子山。

「『拉索』是世界上重要的粒子天體物理支柱性實驗設施之一，將助力我國在高能伽馬射線天文領域的研究邁向國際領先水準。」曹臻說。

「拉索」鳥瞰圖。圖源：中科院高能物理所

觀測性能創三項「世界之最」

得益於世界屋脊的高海拔優勢和關鍵核心技術的突破，「拉索」創造了三項「世界之最」——超高能伽馬射線探測靈敏度世界最高，甚高能伽馬射線源巡天普查靈敏度世界最高，超高能宇宙線能量覆蓋範圍世界最寬。

宇宙線粒子進入大氣層後，會和大氣中的原子核發生相互作用，產生許多次級粒子，次級粒子則繼續重複同樣的過程，產生新的次級粒子，如此多次重複，到達地面時就像下了一場粒子「陣雨」。

「拉索」總工藝師、中科院高能物理所研究員何會海說，「拉索」採用四種探測技術，可全方位接收粒子「陣雨」的資訊，並開展多變量精確測量。

其中，水切倫科夫探測器陣列用於觀測粒子「陣雨」中的次級粒子在水中產生的切倫科夫光，以求發現大量伽馬射線源；廣角切倫科夫望遠鏡陣列用於測量粒子「陣雨」的切倫科夫光或螢光；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。

何會海介紹，「拉索」專案團隊突破了廣角切倫科夫望遠鏡不能在月夜工作的瓶頸，使有效觀測時間成倍增長；發展了大面積、多節點、高精度時鐘同步技術；把觀測閾能從3000億電子伏降低到700億電子伏，大大擴展了觀測能力。

廣角切倫科夫望遠鏡SiPM相機。圖源：中科院高能物理所

廣角切倫科夫望遠鏡SiPM相機。圖源：中科院高能物理所

向宇宙線起源之謎發起衝擊

「我們將向著科學前沿課題——宇宙線起源之謎發起衝擊！」曹臻滿懷信心。

據介紹，基於超高的探測靈敏度，「拉索」在初步運行期間已取得多項突破性科學成果，包括：在銀河系內發現大量超高能宇宙加速器候選天體，記錄到人類觀測到的最高能量光子，精確測定了標準燭光蟹狀星雲的超高能段亮度，發現1千萬億電子伏伽馬輻射等。

「拉索」面向國內外全面開放共用，目前已有28個天體物理研究機構成為「拉索」的國際合作組成員單位。合作組利用「拉索」觀測數據開展粒子天體物理研究，同時進行宇宙學、天文學等眾多領域基礎研究。

截至目前，基於「拉索」專案發表的期刊論文超過200篇，會議論文超過150篇。

「『拉索』將成為以中國為主、多國參與的國際宇宙線研究中心，借助高海拔伽馬天文、宇宙線的觀測優勢，成為獨具特色、綜合開放的科學研究平台。」曹臻說。

「拉索」上方的星空。圖源：中科院高能物理所

◎來源｜新華社
◎編輯｜歐達善

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