探索宇宙线起源！中国科学家挑战世界科技前沿

发布者：华山欧阳锋 2023-5-16 02:59

编辑：赵妍

国际在线报道（记者朱宛玲）高海拔宇宙线观测站，又名拉索（LHAASO），是以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施。5月10日，拉索顺利通过国家验收，投入正式运行。拉索的建设取得了哪些重要突破？又将如何对我们探索宇宙做出贡献？

1912年，奥地利物理学家维克多·赫斯意外发现了宇宙线。宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子，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。研究宇宙线及其起源，是人类探索宇宙的重要途径。但至今，人类仍未知道高能宇宙线的来源，无法证实其产生机制及加速原理。

“宇宙线起源，是困扰人类100年之久的世纪难题。中国科学家面向世界科技前沿，发起了破解宇宙线起源的挑战。”国家重大科技基础设施拉索的核心科学目标，便是探索宇宙线起源。拉索项目首席科学家曹臻介绍说：“要精确测量候选天体，像超新星，去寻找可能的宇宙线起源、起源的位置和它的特点。主要的手段就是通过伽马射线的观测，找到它们存在的证据，同时还要精确测量宇宙线的成分和强度。”

拉索位于四川省稻城县海子山，平均海拔4410米，采用四种探测技术，可以全方位、多变量地测量来自于高能天体的伽马射线和宇宙线。

通过自主创新和国际合作，拉索项目团队完成了多项关键核心技术攻关：首次在大视场成像切伦科夫望远镜中大规模使用新型硅光电管，改变了这类望远镜不能在月夜工作的传统观测模式，实现了有效观测时间的成倍增长；发展了适应4000米以上高海拔野外工况的大面积、多节点、高精度时钟同步技术，远距离同步精度提升到0.2纳秒，达到国际领先水平；采用了国产20英寸超大型光电倍增管，并将时间响应提高了3倍，把观测阈能从3000亿电子伏降低到700亿电子伏，大大扩展了观测能力；发展并实现了“无触发”数据获取，对数据传输率高达4GB/s的宇宙线事例实现“零死时间”观测；采用特殊的数据筛选技术，对海量数据进行无损压缩，实现从海子山到高能所的实时数据传输。

拉索项目首席科学家曹臻表示，拉索在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和宇宙线能谱覆盖范围等方面均达到国际领先水平。“我的一个最重要的体会就是中国之所以现在很快地成功实现拉索这样的大科学工程，跟我们国家现在有一套完备的工业体系是密不可分的。几乎只有中国可以做到这一点，完全不靠别人的支持，想到的问题（都）能够在国内找到解决方案。这个是非常不容易的。”

拉索建设期间即开展观测，科学成果也持续产出，已经取得多项突破性的重大科学成果：拉索在银河系内发现大量超高能宇宙加速器候选天体，并记录到人类观测到的最高能量光子，开启了“超高能伽马天文学”时代；精确测定了标准烛光蟹状星云的超高能段亮度，发现1千万亿电子伏伽马辐射，挑战理论极限。曹臻表示，基于目前的研究成果，未来拉索将在两个方面继续发展与探索：“未来的第一步，首先要提高拉索的空间分辨能力。第二就是我们现在看到的这些加速器，它在发出伽马光的同时，还会伴生地发出来中微子；未来要去做中微子的探测。这个涉及到更大规模的实验装置的考虑，可能就是未来10年、20年一直要往这个方向去奋斗去努力。”

目前，已有28个天体物理研究机构成为拉索的国际合作组成员单位。合作组利用拉索观测数据开展粒子天体物理研究，同时进行宇宙学、天文学、粒子物理学等众多领域基础研究。拉索将成为以中国为主、多国参与的国际宇宙线研究中心，借助高海拔伽马天文、宇宙线的观测优势，成为独具特色、综合开放的科学研究平台。中科院高能物理研究所副所长董宇辉表示：“我们将会围绕这一个大科学装置，坚持做好开放共享，通过这个装置聚集国内外优秀的科学家，充分利用好观测数据，开展物理研究，取得丰硕的物理成果，提升我国在粒子天体物理方面的观测研究水平和我们的国际地位。”

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