在中國，在世界屋脊青藏高原，有一群正在追宇宙線的人。

5月10日，經(jīng)過8年預(yù)研、4年建設(shè)，高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）“拉索”迎來關(guān)鍵節(jié)點，順利通過國家驗收，正式投入運行。它是目前世界上海拔最高、規(guī)模最大、靈敏度最強的伽馬射線探測裝置。

“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平方米；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臺廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡組成的望遠(yuǎn)鏡陣列。

“拉索”鳥瞰圖。（中科院高能物理所供圖）

“拉索”上山，向天接射線

觀測宇宙線，可以“上天”，用粒子探測衛(wèi)星尋找；可以“下海”，在水底安裝中微子望遠(yuǎn)鏡；也可以“上山”，在高海拔地區(qū)搭建觀測站。

“在高海拔地區(qū)進行地面觀測，探測器規(guī)?？蛇h(yuǎn)大于大氣層外的天基探測器。尤其在超高能量宇宙線觀測方面，由于樣本數(shù)量稀少，采用大規(guī)模探測器是唯一觀測手段?！薄袄鳌笔紫茖W(xué)家、中科院高能物理所研究員曹臻說。

“‘拉索’的任務(wù)是接住從外太空‘灑’向地球的宇宙射線，讓科學(xué)家借此發(fā)現(xiàn)宇宙深處的未知世界，破解宇宙射線起源的謎題。”曹臻介紹。

為何選址四川稻城海子山

選址至關(guān)重要。要脫離大氣層的束縛，就要在海拔4000—5000米的位置找一塊足夠大的平地，且落差不超過50米，要有公路、機場和醫(yī)療機構(gòu)，要有光纖和充足的供電。所有條件綜合下來，找到一個“最大公約數(shù)”并不容易。

“交通便利，距最近的國道僅百米之遙，距稻城亞丁機場10公里。光纖網(wǎng)距站址200米，確保了海量數(shù)據(jù)的收集和傳輸。地勢平坦，最大落差處僅30米，便于探測器陣列的布局與安裝。還有著豐富的優(yōu)質(zhì)水源?！?/p>

天時地利人和，拉索選址稻城。

廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列。（中科院高能物理所供圖）

觀測性能創(chuàng)三項“世界之最”

宇宙線粒子進入大氣層后，會和大氣中的原子核發(fā)生相互作用，產(chǎn)生許多次級粒子，次級粒子則繼續(xù)重復(fù)同樣的過程，產(chǎn)生新的次級粒子，如此多次重復(fù)，到達(dá)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”采用四種探測技術(shù)，可全方位接收粒子“陣雨”的信息，并開展多變量精確測量。

其中，水切倫科夫探測器陣列用于觀測粒子“陣雨”中的次級粒子在水中產(chǎn)生的切倫科夫光，以求發(fā)現(xiàn)大量伽馬射線源；廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列用于測量粒子“陣雨”的切倫科夫光或熒光；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”項目團隊突破了廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡不能在月夜工作的瓶頸，使有效觀測時間成倍增長；發(fā)展了大面積、多節(jié)點、高精度時鐘同步技術(shù)；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。

工作人員在水切倫科夫探測器陣列水池里更換實驗設(shè)備（4月21日攝）。新華社記者 金立旺 攝

戳視頻↓看拉索背后的故事

國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施高海拔宇宙線觀測站“拉索”（LHAASO）是什么原因選定了227國道邊的稻城？又如何做到控制成本、在建設(shè)時把“價格打下來”的？來聽聽LHAASO首席科學(xué)家、中國科學(xué)院高能物理研究所研究員曹臻和參與建設(shè)的科研人員的介紹。

視頻由中科院之聲提供

試運行期間已獲得多項成果

2017年，拉索主體工程動工。為克服環(huán)境對工程的影響、充分利用觀測資源，曹臻等人提出了“邊建設(shè)，邊運行”的思路。

“第一年，我們先建1/4，運行半年，然后再建1/4，湊成1/2，再運行半年?！弊尣苷橐庀氩坏降氖?，到2020年，僅建成1/2規(guī)模的拉索，用不到一年的觀測數(shù)據(jù)就取得了斐然的成果：通過探測落在地球上的伽馬光子，拉索發(fā)現(xiàn)了12個超高能伽馬射線源，這一成果于2021年5月17日發(fā)表在《自然》雜志上。

一個多月后的7月9日，《科學(xué)》雜志上出現(xiàn)了來自拉索的另一項研究成果：科研人員利用拉索，精確測量了高能天文學(xué)標(biāo)準(zhǔn)燭光——蟹狀星云的亮度，在更廣的能量范圍內(nèi)為超高能伽馬光源測定了新標(biāo)準(zhǔn)，并由此確定在大約僅為太陽系1/10大小的星云核心區(qū)內(nèi)，存在能力超強的粒子加速器，直逼經(jīng)典電動力學(xué)和理想磁流體力學(xué)理論所允許的加速極限。

捷報頻傳。2022年10月9日21點17分（北京時間），拉索、“慧眼”衛(wèi)星（Insight-HXMT）和“極目”空間望遠(yuǎn)鏡（GECAM-C）同時探測到迄今最亮的伽馬射線暴（編號GRB 221009A），這是我國首次實現(xiàn)對伽馬射線暴的天地多手段聯(lián)合觀測。

“拉索”上方的星空。（中科院高能物理所供圖）

“中國造”大裝置 南半球建更大“拉索”

拉索團隊計劃在已有的4種探測器陣列之外，將再新增一個由32臺望遠(yuǎn)鏡組成的新陣列(LACT)。

在依托拉索開展宇宙線研究的同時，中國第四代、第五代宇宙線研究者將走向世界，參與南天大視場伽馬射線天文臺（SWGO）的醞釀工作。三個月前，來自10余個國家超過80個研究單位組成的龐大研究組，已經(jīng)在雄心勃勃地計劃，未來幾年內(nèi)將在南半球建設(shè)一個大視場伽馬射線望遠(yuǎn)鏡。

曹臻透露，目前南半球項目正處于選址考察階段，“項目建成后，可以與位于北半球的拉索項目南北合作，進行包含銀心區(qū)域的近乎全天區(qū)的巡天掃描和時域天文研究?！?/p>

相關(guān)鏈接：

什么是宇宙線

——以光速行進，每秒鐘都在穿越我們的身體。

宇宙線像“信使”，攜帶著宇宙起源、天體演化、太陽活動等重要科學(xué)信息，從外太空來到地球。拉索的任務(wù)就是接住它們，把收集到的信息傳遞給科學(xué)家，解開宇宙起源、天體演化的秘密。

什么是切倫科夫效應(yīng)？

——以發(fā)現(xiàn)人、蘇聯(lián)物理學(xué)家切倫科夫命名。宇宙線的帶電粒子能量比較高，如果它們的速度超過介質(zhì)中的光速，會發(fā)生切倫科夫效應(yīng)，即沿著粒子前進方向會產(chǎn)生一個光錐，類似于飛機超音速時發(fā)生的“音爆”現(xiàn)象。這一過程可在空氣或水中發(fā)生，空氣中發(fā)生的是大氣切倫科夫光，水中產(chǎn)生的是水切倫科夫光。

繆子是什么？

——繆子是自然界的基本粒子之一，具有極強的穿透能力，由卡爾·安德森發(fā)現(xiàn)。他在研究宇宙線時發(fā)現(xiàn)，這種粒子在穿過磁場時彎曲的形態(tài)與已知粒子不同，它的彎曲度比電子小，卻比質(zhì)子大。

“甚高能”和“超高能”是什么意思？  

——甚高能一般指1000億電子伏特-100萬億電子伏特。超高能一般指100萬億電子伏特以上。