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【新华网】中国高海拔宇宙线观测站明年起逐步投入科学运行
2018-06-25|文章来源:新华社 吴晓颖 |【
 

  从成都双流机场乘机飞行45分钟,降落到形似飞碟、世界海拔最高的稻城亚丁机场后,再沿山路向东北驱车10余公里。然后爬上平均海拔4410米的海子山,正在紧张施工建设的高海拔宇宙线观测站(LHAASO,音译为“拉锁”)观测基地,终于出现在眼前。

  在观测基地现场,记者看到,经过一年多的施工建设,水切伦科夫探测器阵列的一号水池已完成封顶。数个由钢筋混凝土构成,高1.2米、直径7米形状如水缸罐子的缪子探测器中装满了水,正在做闭水试验。

  作为“十二五”期间启动的国家重大科技基础设施项目,LHAASO于2015年12月获得国家发改委批准立项,总投资约12亿元。其主要使命是找到宇宙线起源,研究宇宙线加速和传播机制。中国科学家期待通过捕获高能伽马射线等这些来自宇宙的信息,向宇宙线起源这一“世纪之谜”发出挑战。

  “宇宙线是地球上存在的太阳系以外唯一的物质样本,携带着其产生地‘源’天体及其经过空间的宇观环境,乃至天体演化及宇宙早期的奥秘,是人类探索宇宙的重要途径。”高海拔宇宙线观测站项目首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员曹臻解释道。

  人类对肉眼看不到的神秘“天外来客”宇宙线的察觉,要追溯到1912年,当年奥地利科学家赫斯首次发现宇宙线。此后的100年间,与之相关的研究产生了5枚诺贝尔奖,但人类却始终没有发现宇宙线的起源。为“寻根”,国际物理学界形成了三个研究分支,其中最成熟的是探测高能伽马射线。中国对宇宙线的观测研究始于上世纪50年代,1954年在云南落雪山建立了全国首个高山宇宙线实验室,而LHAASO是中国第三代伽马天文探测器。

  “宇宙线粒子中绝大多数是带电粒子,宇宙中到处都是磁场,带电粒子穿过太空时受其影响改变方向。”高海拔宇宙线观测站项目副经理、中科院高能物理研究所研究员何会海说,宇宙线中不带电的伽马射线和中微子,在宇宙磁场中偏转微小到可以忽略的极高能粒子,均可以指向源的方向,是寻找宇宙线源的理想“信使”。

  为捕获超高能伽马射线,中国科学家在约200个足球场面积大小的LHAASO观测基地密布了四种探测器阵列,这如同在高原上拉起一张“天网”。基地中心是由3个大水池组成的水切伦科夫探测器阵列,其面积相当于3个“水立方”(国家游泳中心)大小,共3000多路探测器被安装在4.5米深的水池底部。在水切伦科夫探测器阵列一侧,是由12台望远镜组成的广角切伦科夫望远镜阵列。5195个电磁粒子探测器和1171个缪子探测器整齐地排列在水切伦科夫探测器阵列周围,如同洒在一张大饼上的芝麻,组成了地面簇射粒子阵列。

  当宇宙线粒子进入大气层后,与大气中的原子核发生多次相互作用,可形成上百亿个次级粒子,它们就像一场粒子“阵雨”,瞬间降落在地面。这时,LHAASO的四种地面探测器阵列迅速收集这些“宇宙线雨”,科学家们通过分析其方向、时间差等,反推原初粒子的性质,开展相关研究。

  在实施项目前,中国科学家历时五年跑遍了青海、四川、云南、西藏等四省区进行考察遴选,为项目寻址。最终,稻城县以高海拔、靠近机场交通运输便利、稳定的电力、充足水资源等优势而胜出。

  LHAASO观测基地位于有“天外星球,千湖之山”之称的海子山国家级自然保护区附近,为保护高原脆弱的生态环境,采用了“绿色”施工方案。在建设中,地表20公分以上的腐植层被翻出移走养护,工程做完后再将其移栽回去。“腐植层中有丰富的植物种子,下雨就会生根发芽,当地植被就能恢复如初。”何会海说。此外,观测站采用被动接受技术,无辐射、无排放,项目运行后产生的废水可通过蒸发后回收,实现“绿色”观测运行。

  根据建设工期时间表,LHAASO项目将于2021年6月完工。中科院高能物理研究所副所长罗小安介绍说:“建成后的LHAASO将占有‘三个世界第一’:最高的高能伽马射线探测灵敏度、最灵敏的甚高能伽马射线巡天探测、最宽广的宇宙线能量测量范围。项目投入运行后,我国有望在这一领域的研究实现全球领跑。”

  曹臻说,预计今年年底观测基地四分之一工程将完工,探测阵列只需布局到一定大小就可以开始观测。明年初开始科学运行后,LHAASO已是世界上最大的宇宙线观测阵列,“未来10年至20年不会有人超过我们”。


 
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