——寫(xiě)在世界規(guī)模最大的高海拔宇宙線觀測(cè)站開(kāi)建之際

俯瞰在建的高海拔宇宙線觀測(cè)站。

在四川省稻城縣海子山高海拔宇宙線觀測(cè)站建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)，工人們?cè)谑┕ぁ?/span>

新華社記者 金立旺 攝

    【新聞背景】

    我國(guó)最新天文大科學(xué)裝置——高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO，音譯為“拉鎖”）項(xiàng)目于2016年7月在海拔4410米的稻城縣海子山開(kāi)始基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。項(xiàng)目由國(guó)家發(fā)改委于2015年12月31日批準(zhǔn)立項(xiàng)，預(yù)算12億元，預(yù)計(jì)5年內(nèi)建成。建成后，有望向宇宙線起源這一世紀(jì)之謎發(fā)起沖擊。目前LHAASO項(xiàng)目集合了國(guó)內(nèi)20多個(gè)科研院校的百余名科學(xué)家，法國(guó)、意大利、瑞典等國(guó)也擬加入該項(xiàng)目國(guó)際合作組。到2021年建成后，中國(guó)高海拔宇宙線觀測(cè)站將成為世界范圍內(nèi)的宇宙線研究中心之一，并占有“三個(gè)世界第一”：最高的高能伽馬射線探測(cè)靈敏度、最靈敏的甚高能伽馬射線巡天探測(cè)、最寬廣的宇宙線能量測(cè)量范圍。

   科學(xué)選址 反復(fù)比選7年 花落稻城海子山

   站在稻城海子山，極目遠(yuǎn)眺，天地?zé)o止無(wú)境，景象壯觀，憾人心魄。它是一片山的海，石的海，生命的海，等待著人類去探索的一片未知之海。

   據(jù)高海拔宇宙線觀測(cè)站項(xiàng)目首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員曹臻介紹，該宇宙射線探測(cè)裝置項(xiàng)目的預(yù)先研究從2008年開(kāi)始，科研人員在我國(guó)高海拔地區(qū)進(jìn)行了廣泛選址，最終于2014年選定稻城海子山。“宇宙線的粒子進(jìn)入大氣層后會(huì)被大氣吸收。因此海拔越高，空氣越稀薄，探測(cè)器就能捕獲到更多的目標(biāo)粒子。也能獲取更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。”曹臻告訴記者，除了海拔因素外，科學(xué)家的身體可承受的海拔高度，也是選址的考慮因素。因此海拔4000米是最合適的高度。而世界上，擁有4000米以上、適合建設(shè)高海拔觀測(cè)站點(diǎn)的地方，只有南美洲的安第斯山脈和我國(guó)的青藏高原。而稻城的海子山就位于青藏高原之上。除了海拔因素，當(dāng)?shù)氐慕煌?、電力、通訊、水資源也是考慮因素。7年間，專家們對(duì)西藏、云南、四川、青海四個(gè)省的幾十個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的評(píng)估，最終選擇了四川稻城的海子山?！暗境歉吆０?，又有機(jī)場(chǎng)和穩(wěn)定的電力、通訊條件，水資源充足，因此是最為優(yōu)越的站址?！睋?jù)了解，海子山距稻城亞丁機(jī)場(chǎng)僅10公里，平均海拔高度為4110米。目前，探測(cè)器的自主研制也已經(jīng)完成，并在西藏羊八井開(kāi)展了小規(guī)模試驗(yàn)。目前，國(guó)際上能夠與海子山觀測(cè)站比肩的探究宇宙線大型科學(xué)裝置，只有阿根廷極高能宇宙線觀測(cè)站、南極中微子天文臺(tái)和智利契倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列。海子山觀測(cè)站的優(yōu)勢(shì)集中在寬視場(chǎng)的全天普查和高能區(qū)的精確測(cè)量。

   宇宙線是來(lái)自宇宙空間的高能粒子，“是人類目前能夠從宇宙深處獲得的唯一物質(zhì)樣本，宇宙線作為我們與浩瀚星空溝通的‘信使’?！庇钪婢€及其起源是人類探索宇宙及其演化的重要途徑，自1912年宇宙線被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，與之相關(guān)的研究已經(jīng)獲得了數(shù)枚諾貝爾獎(jiǎng)牌，但人類始終沒(méi)有發(fā)現(xiàn)宇宙線的起源，這成為困擾人類的“世紀(jì)之謎”，在21世紀(jì)重大科學(xué)問(wèn)題中位列第五。LHAASO項(xiàng)目正是瞄準(zhǔn)宇宙線起源這一重大科學(xué)難題而提出的。曹臻介紹，LHAASO探測(cè)陣列由3個(gè)主要的部分組成：首先是一個(gè)深5米、占地8萬(wàn)平方米的水池，這個(gè)完全密封、一片漆黑、面積有兩個(gè)半北京“水立方”大小的水池，布滿3000個(gè)左右的測(cè)量單元，能夠收集到非常遙遠(yuǎn)的星體。第二部分是一個(gè)約1平方公里的復(fù)合地面陣列，約5200個(gè)閃爍體探測(cè)器按邊長(zhǎng)15米的正三角形點(diǎn)陣來(lái)排布，同時(shí)在2.5米的地下每隔30米布設(shè)約1200個(gè)繆子探測(cè)器，用于探測(cè)能量稍高的宇宙線伽馬光子。第三類裝置由12個(gè)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)組成，用于能量更高的宇宙線能譜高精度測(cè)量。這三類探測(cè)器彼此聯(lián)動(dòng)，組成巨大的復(fù)合探測(cè)裝置。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李昆鵬透露，這些裝置修建好后，將埋在地下，地面上將被恢復(fù)成原樣。不會(huì)破壞海子山的自然景觀，還有望形成集科考、旅游等于一體的景點(diǎn)。

   這是世界上海拔最高、規(guī)模最大、靈敏度最強(qiáng)的宇宙射線探測(cè)裝置?？茖W(xué)家希望借此捕獲來(lái)自遙遠(yuǎn)深空的神秘粒子，取得一系列研究成果，比如，“如果最終找到宇宙線的起源位置，或許就會(huì)知道宇宙究竟從何而來(lái)?！?/span>

   建復(fù)合探測(cè)器陣列 四川望遠(yuǎn)鏡打開(kāi)“宇宙之眼”

   “LHAASO項(xiàng)目如同一道在海拔4400米以上拉起的恢恢天網(wǎng)，將成為全球覆蓋能量范圍最大的宇宙線探測(cè)設(shè)備，隨時(shí)等待捕捉落入地球的新秘密。”曹臻說(shuō)，“該項(xiàng)目集合了三個(gè)世界之最。一是在1萬(wàn)億電子伏特附近的甚高能伽馬射線巡天探測(cè)方面，靈敏度世界第一；二是100萬(wàn)億電子伏特附近的高能段伽馬射線探測(cè)方面，靈敏度世界第一；三是三類探測(cè)器復(fù)合，覆蓋的宇宙線能量測(cè)量范圍世界最廣。

   “利用如此精心布置的大型探測(cè)裝置，理論上講應(yīng)該能找到宇宙線的起源，這也是LHAASO的核心目標(biāo)?！辈苷檎f(shuō)，另外它的發(fā)現(xiàn)還可能擴(kuò)展到意想不到的領(lǐng)域，如捕捉到伽馬暴，人類已知的最劇烈的天體爆炸過(guò)程，就有可能挑戰(zhàn)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論、經(jīng)典引力理論等基本物理問(wèn)題。

   在高能物理所副所長(zhǎng)羅小安看來(lái)，這個(gè)觀測(cè)站所能帶來(lái)的不僅是科學(xué)上的突破?！白鳛槲覈?guó)大科學(xué)裝置在西南地區(qū)的重要布局，高海拔宇宙線觀測(cè)站將打造宇宙線研究和天文觀測(cè)基地，建成國(guó)際領(lǐng)先水平的高海拔宇宙線研究中心，對(duì)當(dāng)?shù)氐目萍?、文化教育、旅游以及地方?jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生積極影響。”面向國(guó)際基礎(chǔ)研究重大前沿問(wèn)題，沖擊宇宙線起源的世紀(jì)之謎。充分發(fā)揮高海拔優(yōu)勢(shì)，精確測(cè)量膝區(qū)宇宙線分成份能譜；實(shí)現(xiàn)極高能宇宙線譜的完整一致測(cè)量，建成國(guó)際高海拔宇宙線研究中心。LHAASO項(xiàng)目將使我國(guó)籌建中的高海拔宇宙線觀測(cè)站成為世界上四大宇宙線研究基地之一，使我國(guó)在這一領(lǐng)域的研究躋身于國(guó)際領(lǐng)先地位。

   投資12億元 觀測(cè)站落戶稻城海子山

   在海子山散落著數(shù)米寬巨石的曠野上，一塊有10個(gè)足球場(chǎng)大的圓形區(qū)域已經(jīng)成型，挖土機(jī)忙著挖出3個(gè)“品”字形、深4.5米的巨型水池。

   正在建設(shè)的是國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO），預(yù)計(jì)明年年底部分投入運(yùn)行。它的主要使命，是捕獲高能的宇宙線并分析其來(lái)源和機(jī)理。這塊1.36平方公里的荒蕪高原，將成為人類破解宇宙演化秘密的最先進(jìn)“探針”。

   曹臻介紹說(shuō)，項(xiàng)目由國(guó)家發(fā)改委于2015年12月31日批準(zhǔn)立項(xiàng)，預(yù)算12億元，預(yù)計(jì)5年內(nèi)建成。

   國(guó)家發(fā)改委投資9億元建設(shè)該項(xiàng)目，而四川發(fā)改委也出資3億元，同時(shí)中國(guó)科學(xué)院也將出資建設(shè)該項(xiàng)目。據(jù)悉，這是人類歷史上耗資第二的宇宙線觀測(cè)站。目前，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已有100多人，接下來(lái)將吸納外國(guó)科學(xué)家參與該項(xiàng)目，力求突破宇宙線起源這一謎題。高海拔宇宙線觀測(cè)站建設(shè)周期為5年，投入運(yùn)行后科學(xué)壽命在20年以上。