大科學工程“拉索”正式啟動宇宙線觀測

4月26日，高海拔宇宙線觀測站(LHAASO)科學觀測啟動儀式在四川成都舉行。項目首席科學家、中科院高能物理所研究員曹臻宣布：高海拔宇宙線觀測站科學觀測正式啟動。經過近兩年的建設，這個全世界同類裝置中靈敏度最高的探測器，開始了它的巡天征程。

高海拔宇宙線觀測站是“十二五”期間啟動的國家重大科技基礎設施項目，系我國自主研發。它由電磁粒子探測器陣列、繆子探測器陣列、水切倫科夫探測器陣列、廣角切倫科夫望遠鏡陣列等組成。

曹臻告訴科技日報記者，宇宙線是地球上存在的太陽系以外唯一的物質樣本。自1912年宇宙線被發現以來，人類始終沒有找到其起源，許多基礎的科學問題解決不了。

高能的宇宙線粒子進入地球大氣層后，會和大氣中的原子核，例如氮或氧的原子核發生相互作用，粒子就像炮彈一樣把原子核打碎。其結果是這個原子核和炮彈一起會變成一堆次級粒子。這些次級粒子仍然攜帶著很高的能量，繼續與大氣中的原子核發生同樣的相互作用，又把別的原子核打碎，產生了更次級的粒子。如此重復十幾次，這是一個指數增長的過程，產生許多次級粒子，最終次級粒子數可達百億，在空氣中像一場粒子“陣雨”瞬間散布在數平方公里的地面上。

中科院高能物理所研究員何會海告訴記者，當粒子“陣雨”發生時，只要一個粒子打到探測器上，探測器就弱弱地閃一下。如果幾十個、幾百個探測器同時閃了一下，科學家就知道天上來了一個能量非常高的粒子。

LHAASO的科學目標是：通過探測器探索高能宇宙線的起源;開展全天區伽馬源掃描搜索，捕捉宇宙中的高能伽馬射線源和伽馬暴事件并探索其輻射和爆發機制。

LHAASO的主體工程于2017年6月在四川稻城縣海拔4410米的海子山開始建設，計劃4年完工。項目采用了邊建設邊運行的模式。此次投入科學觀測的探測器包括由1800個探測器組成的、靈敏面積達22500平方米的一號水切倫科夫探測器陣列，兩臺廣角切倫科夫望遠鏡，180臺電磁粒子探測器和80個繆子探測器。

水切倫科夫探測器陣列是觀測陣列的主要科學設施之一。它可以達到全天候觀測，不受日、月、星光及天氣條件的影響。其工作原理是：在巨大的水池中灌入極其干凈的純凈水，并且把光電倍增管等設備置入水中。當宇宙線粒子通過水池時，設備會記錄下它的信號，提供給科研人員進行分析。曹臻說，水切倫科夫探測器陣列每天都能對60%以上的天區做一次掃描，“預計每年將探測到5萬億個宇宙線事件，獲取4PB以上的觀測數據。”

清華大學教授崔偉告訴記者，現在開始用于科學觀測的LHAASO一號水切倫科夫探測器陣列，其巡天靈敏度比國際上最高靈敏度的同類裝置還高出30%。“我們可以在伽馬暴高能輻射探測、銀河系外耀變源探測與觀測、銀河系內伽馬射線源的深度觀測等方面與國際同類實驗展開合作研究。”