中国这个大科学装置通过国家验收 已经创造三项世界之最

2023-05-11 00:31

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中新网北京5月10日电 (记者 孙自法)从提出构想到预研、设计、选址、立项、建设和建成运行，历时13年多的中国国家重大科技基础设施——高海拔宇宙线观测站(英文缩写LHAASO，中文昵称“拉索”)5月10日晚顺利通过国家验收，标志着这一大科学装置开始向宇宙线起源的“世纪之谜”发起全面科研冲击。

目前已创造三项“世界之最”

中国科学院高能物理研究所(中科院高能所)介绍说，以宇宙线观测研究为核心目标的大科学装置“拉索”，于2015年底获得国家发展和改革委员会批复立项，项目由中科院和四川省政府共建，中科院成都分院与中科院高能所承担建设，建设周期4年。“拉索”主体工程2017年动工，2021年全部完成建设。在国家验收之前，“拉索”项目已先后通过工艺、建安、财务、设备资产和档案5个专业组验收。

这次国家验收委员会由20多位专家组成，通过对“拉索”实施严格验收程序后，同意该项目通过国家验收。验收委员会认为，项目法人单位中科院成都分院和共建单位中科院高能所按期、全面、优质完成了国家发展和改革委员会批复的建设任务，各项指标达到或优于批复的验收指标。“拉索”的1/4规模探测装置于2019年4月投入试运行，全规模探测装置于2021年7月投入试运行，整体性能可靠，具备长期稳定的科学运行能力。

验收委员会表示，“拉索”充分利用特定地域4410米优越的高海拔条件和先进技术优势，成为目前世界上最灵敏的超高能伽马射线探测装置、世界上灵敏度最高的甚高能伽马射线源巡天普查望远镜，以及能量覆盖范围最宽的超高能宇宙线复合式立体测量系统。“拉索”的建成运行，使之成为目前国际粒子天体物理三大实验设施之一，对促进该领域实现重大原创突破、带动前沿交叉相关学科发展和国际合作具有重要意义。

完成多项关键核心技术攻关

“拉索”位于四川省稻城县海子山，平均海拔4410米，占地面积约1.36平方公里，由5216个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器构成的1平方公里地面簇射粒子探测器阵列、7.8万平方米的水切伦科夫探测器阵列、18台广角切伦科夫望远镜等三大阵列组成。“拉索”采用电磁粒子、缪子、水切伦科夫、广角切伦科夫4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。

中科院高能所“拉索”项目团队表示，宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子，是人类探索宇宙的物质样本。通过自主创新和国际合作，“拉索”已完成多项关键核心技术攻关，主要包括四个方面：一是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，实现有效观测时间的成倍增长。

二是发展基于“小白兔”技术即适应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。

三是采用中国国产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。

四是在海量数据获取技术上取得显著进步，发展并实现“无触发”数据获取，对数据传输率高达4GB每秒的宇宙线事例实现“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，实现从四川海子山到北京中科院高能所的实时数据传输。

获多项突破性重大科学成果

“拉索”团队透露，基于超高的探测灵敏度，“拉索”在初步运行期间已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；“拉索”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。

同时，“拉索”建设期间即开展观测，实现科学成果持续产出，截至目前，基于“拉索”项目发表的期刊论文累计215篇、会议论文156篇。

“拉索”项目还充分发挥中科院建制化研究的优势，依托大科学装置开展观测与理论研究，并面向中外全面开放共享，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。该国际合作组利用“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。

随着通过国家验收投入正式运行，“拉索”也将成为以中国为主、多国参与的国际宇宙线研究中心，并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。

中国宇宙线实验研究经历三阶段

中科院高能所称，中国的宇宙线实验研究迄今已经历了三个阶段：1954年，中国第一个高山宇宙线实验室在云南东川海拔3180米的高山建成；1989年至2000年，在海拔4300米的西藏羊八井相继启动中日合作ASγ实验、中意ARGO-YBJ实验；2009年，在北京香山科学会议上，中科院高能所曹臻研究员提出在高海拔地区建设大型复合探测阵列“拉索”的完整构想，这是中国第三代高山宇宙线观测站。

“拉索”团队表示，高山实验能够充分利用大气作为探测介质，在地面进行观测，探测器规模可远大于大气层外的天基探测器。由于超高能量宇宙线数量稀少，采用大规模探测器是唯一观测手段。经过广泛选址和实地踏勘调研，“拉索”项目最终“落户”四川稻城海子山，现已建设成为国际高水平的超高能伽马射线探测装置，作为世界上重要的粒子天体物理支柱性实验之一，“拉索”将使中国在高能伽马射线天文领域的研究达到国际领先水平。(完)