粒子天体物理全国重点实验室，依托单位为高能物理研究所，其前身为1951年在中国科学院近代物理研究所成立的宇宙线研究组，后演变为原子能研究所和高能物理研究所宇宙线室。著名物理学家张文裕、王淦昌、肖健等曾任该室主任，著名物理学家钱三强、何泽慧始终关心并置身于该室的科学研究。1997年4月，经中国科学院批准，成立“宇宙线和高能天体物理开放实验室“；2003年7月，更名为”粒子天体物理重点实验室“。2024年4月向科技部提交重组方案，2025年1月获得国家正式批复，纳入全国重点实验室序列。
粒子天体物理研究的历史可以划分为四个主要阶段，每个阶段都伴随着实验室主任的更替和研究方向的转型。
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第一阶段 1950-1953年
宇宙线研究组，近物所、物理所时期实验室主任：
王淦昌（组长）、萧健（副组长）
研究方向：
宇宙线性质、宇宙线与物质相互作用、粒子物理。
重要成果：
建立了中国第一个宇宙线研究组，完成了小云室的设计和运行，为后续研究奠定了基础。
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第二阶段 1956-1972年
宇宙线研究室，物理所、原子能所时期实验室主任：
张文裕（室主任）、萧健（副主任）、霍安祥（副主任）
研究方向：
高能物理、宇宙线物理、核乳胶探测。
重要成果：
云南东川落雪山高山宇宙线观测站建成，成为中国第一个高山宇宙线观测站；大云室系统投入使用，成为当时世界领先的探测设备。
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第三阶段 1973-1996年
宇宙线研究室时期，高能所成立后实验室主任：
霍安祥（1973-1984）、陆柱国（1984-1988）、丁林恺（1988-1996）
研究方向：
广延大气簇射探测、高空气球技术、空间天文、国际合作。
重要成果：
开展了国际合作，探索新的研究方向和技术手段；西藏羊八井宇宙线观测站筹建，中日合作ASγ实验和中意合作ARGO-YBJ实验启动；高空气球技术取得突破，气球体积和载荷能力不断提升。
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第四阶段 1997年-2024年
院重点实验室实验室主任：
马宇倩（1997-2001）、张双南（2002-2024）
研究方向：
宇宙线物理、高能天体物理、宇宙学、空间天文、暗物质探测。
重要成果：
• 西藏羊八井观测站：中日合作ASγ实验和中意合作ARGO-YBJ实验取得重要成果，显著提升了中国在甚高能伽马射线天体物理研究中的国际地位。
• 高空气球技术：气球体积达到40万立方米，载荷能力达700公斤，为高空探测提供了重要平台。
• 空间天文：中国首颗X射线天文卫星“慧眼”（HXMT）于2017年成功发射，标志着中国在空间高能天体物理探测领域迈入国际先进行列。
• 国际合作：中欧合作伽马暴偏振探测仪POLAR、引力波暴高能电磁对应体全天监测器GECAM等项目取得重要成果。
• 重大地面项目：四川稻城高海拔宇宙线观测站（LHAASO）建设完成，成为国际领先的宇宙线探测设施。
粒子天体物理研究从宇宙线实验起步，经历了从云室探测到地面阵列、从单一学科研究到多学科交叉融合的发展历程。通过国际合作、技术创新和重大项目的实施，粒子天体物理研究在理论研究、实验装置和成果产出等方面取得了长足进步，为后续发展奠定了坚实基础。