大科學(xué)工程“拉索”正式啟動(dòng)宇宙線觀測

4月26日，高海拔宇宙線觀測站(LHAASO)科學(xué)觀測啟動(dòng)儀式在四川成都舉行。項(xiàng)目首席科學(xué)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(xué)觀測正式啟動(dòng)。經(jīng)過近兩年的建設(shè)，這個(gè)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(dòng)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，系我國自主研發(fā)。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(yuǎn)鏡陣列等組成。

曹臻告訴科技日報(bào)記者，宇宙線是地球上存在的太陽系以外唯一的物質(zhì)樣本。自1912年宇宙線被發(fā)現(xiàn)以來，人類始終沒有找到其起源，許多基礎(chǔ)的科學(xué)問題解決不了。

高能的宇宙線粒子進(jìn)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(fā)生相互作用，粒子就像炮彈一樣把原子核打碎。其結(jié)果是這個(gè)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(xù)與大氣中的原子核發(fā)生同樣的相互作用，又把別的原子核打碎，產(chǎn)生了更次級的粒子。如此重復(fù)十幾次，這是一個(gè)指數(shù)增長的過程，產(chǎn)生許多次級粒子，最終次級粒子數(shù)可達(dá)百億，在空氣中像一場粒子“陣雨”瞬間散布在數(shù)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(dāng)粒子“陣雨”發(fā)生時(shí)，只要一個(gè)粒子打到探測器上，探測器就弱弱地閃一下。如果幾十個(gè)、幾百個(gè)探測器同時(shí)閃了一下，科學(xué)家就知道天上來了一個(gè)能量非常高的粒子。

LHAASO的科學(xué)目標(biāo)是：通過探測器探索高能宇宙線的起源;開展全天區(qū)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(fā)機(jī)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(shè)，計(jì)劃4年完工。項(xiàng)目采用了邊建設(shè)邊運(yùn)行的模式。此次投入科學(xué)觀測的探測器包括由1800個(gè)探測器組成的、靈敏面積達(dá)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(yuǎn)鏡，180臺電磁粒子探測器和80個(gè)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(xué)設(shè)施之一。它可以達(dá)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(shè)備置入水中。當(dāng)宇宙線粒子通過水池時(shí)，設(shè)備會記錄下它的信號，提供給科研人員進(jìn)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(qū)做一次掃描，“預(yù)計(jì)每年將探測到5萬億個(gè)宇宙線事件，獲取4PB以上的觀測數(shù)據(jù)。”

清華大學(xué)教授崔偉告訴記者，現(xiàn)在開始用于科學(xué)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(nèi)伽馬射線源的深度觀測等方面與國際同類實(shí)驗(yàn)展開合作研究。”