——寫在世界規(guī)模最大的高海拔宇宙線觀測站開建之際

俯瞰在建的高海拔宇宙線觀測站。

在四川省稻城縣海子山高海拔宇宙線觀測站建設現(xiàn)場，工人們在施工。

新華社記者 金立旺 攝

    【新聞背景】

    我國最新天文大科學裝置——高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，音譯為“拉鎖”）項目于2016年7月在海拔4410米的稻城縣海子山開始基礎設施建設。項目由國家發(fā)改委于2015年12月31日批準立項，預算12億元，預計5年內(nèi)建成。建成后，有望向宇宙線起源這一世紀之謎發(fā)起沖擊。目前LHAASO項目集合了國內(nèi)20多個科研院校的百余名科學家，法國、意大利、瑞典等國也擬加入該項目國際合作組。到2021年建成后，中國高海拔宇宙線觀測站將成為世界范圍內(nèi)的宇宙線研究中心之一，并占有“三個世界第一”：最高的高能伽馬射線探測靈敏度、最靈敏的甚高能伽馬射線巡天探測、最寬廣的宇宙線能量測量范圍。

   科學選址 反復比選7年 花落稻城海子山

   站在稻城海子山，極目遠眺，天地無止無境，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)高海拔宇宙線觀測站項目首席科學家、中國科學院高能物理研究所研究員曹臻介紹，該宇宙射線探測裝置項目的預先研究從2008年開始，科研人員在我國高海拔地區(qū)進行了廣泛選址，最終于2014年選定稻城海子山。“宇宙線的粒子進入大氣層后會被大氣吸收。因此海拔越高，空氣越稀薄，探測器就能捕獲到更多的目標粒子。也能獲取更準確的數(shù)據(jù)?！辈苷楦嬖V記者，除了海拔因素外，科學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、適合建設高海拔觀測站點的地方，只有南美洲的安第斯山脈和我國的青藏高原。而稻城的海子山就位于青藏高原之上。除了海拔因素，當?shù)氐慕煌?、電力、通訊、水資源也是考慮因素。7年間，專家們對西藏、云南、四川、青海四個省的幾十個地點進行了詳細的評估，最終選擇了四川稻城的海子山?！暗境歉吆０?，又有機場和穩(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場僅10公里，平均海拔高度為4110米。目前，探測器的自主研制也已經(jīng)完成，并在西藏羊八井開展了小規(guī)模試驗。目前，國際上能夠與海子山觀測站比肩的探究宇宙線大型科學裝置，只有阿根廷極高能宇宙線觀測站、南極中微子天文臺和智利契倫科夫望遠鏡陣列。海子山觀測站的優(yōu)勢集中在寬視場的全天普查和高能區(qū)的精確測量。

   宇宙線是來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’。”宇宙線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，與之相關的研究已經(jīng)獲得了數(shù)枚諾貝爾獎牌，但人類始終沒有發(fā)現(xiàn)宇宙線的起源，這成為困擾人類的“世紀之謎”，在21世紀重大科學問題中位列第五。LHAASO項目正是瞄準宇宙線起源這一重大科學難題而提出的。曹臻介紹，LHAASO探測陣列由3個主要的部分組成：首先是一個深5米、占地8萬平方米的水池，這個完全密封、一片漆黑、面積有兩個半北京“水立方”大小的水池，布滿3000個左右的測量單元，能夠收集到非常遙遠的星體。第二部分是一個約1平方公里的復合地面陣列，約5200個閃爍體探測器按邊長15米的正三角形點陣來排布，同時在2.5米的地下每隔30米布設約1200個繆子探測器，用于探測能量稍高的宇宙線伽馬光子。第三類裝置由12個望遠鏡系統(tǒng)組成，用于能量更高的宇宙線能譜高精度測量。這三類探測器彼此聯(lián)動，組成巨大的復合探測裝置。

項目負責人李昆鵬透露，這些裝置修建好后，將埋在地下，地面上將被恢復成原樣。不會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。

   這是世界上海拔最高、規(guī)模最大、靈敏度最強的宇宙射線探測裝置?？茖W家希望借此捕獲來自遙遠深空的神秘粒子，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，或許就會知道宇宙究竟從何而來?！?/span>

   建復合探測器陣列 四川望遠鏡打開“宇宙之眼”

   “LHAASO項目如同一道在海拔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設備，隨時等待捕捉落入地球的新秘密?！辈苷檎f，“該項目集合了三個世界之最。一是在1萬億電子伏特附近的甚高能伽馬射線巡天探測方面，靈敏度世界第一；二是100萬億電子伏特附近的高能段伽馬射線探測方面，靈敏度世界第一；三是三類探測器復合，覆蓋的宇宙線能量測量范圍世界最廣。

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

   在高能物理所副所長羅小安看來，這個觀測站所能帶來的不僅是科學上的突破?！白鳛槲覈罂茖W裝置在西南地區(qū)的重要布局，高海拔宇宙線觀測站將打造宇宙線研究和天文觀測基地，建成國際領先水平的高海拔宇宙線研究中心，對當?shù)氐目萍肌⑽幕逃?、旅游以及地方?jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生積極影響?！泵嫦驀H基礎研究重大前沿問題，沖擊宇宙線起源的世紀之謎。充分發(fā)揮高海拔優(yōu)勢，精確測量膝區(qū)宇宙線分成份能譜；實現(xiàn)極高能宇宙線譜的完整一致測量，建成國際高海拔宇宙線研究中心。LHAASO項目將使我國籌建中的高海拔宇宙線觀測站成為世界上四大宇宙線研究基地之一，使我國在這一領域的研究躋身于國際領先地位。

   投資12億元 觀測站落戶稻城海子山

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

   正在建設的是國家重大科技基礎設施——高海拔宇宙線觀測站（LHAASO），預計明年年底部分投入運行。它的主要使命，是捕獲高能的宇宙線并分析其來源和機理。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“探針”。

   曹臻介紹說，項目由國家發(fā)改委于2015年12月31日批準立項，預算12億元，預計5年內(nèi)建成。

   國家發(fā)改委投資9億元建設該項目，而四川發(fā)改委也出資3億元，同時中國科學院也將出資建設該項目。據(jù)悉，這是人類歷史上耗資第二的宇宙線觀測站。目前，項目團隊已有100多人，接下來將吸納外國科學家參與該項目，力求突破宇宙線起源這一謎題。高海拔宇宙線觀測站建設周期為5年，投入運行后科學壽命在20年以上。