今日热议：我国建设的世界最大高海拔宇宙线观测站正式投运

2023-05-14 07:58:29 来源 : 科技日报

【走近大国重器】

(相关资料图)

◎本报记者陆成宽

飞机从四川成都天府机场出发，一个多小时后，来到甘孜州稻城机场上空。此时，从飞机舷窗俯瞰，一个巨大的“圆盘”铺展在大地上。

这个“圆盘”就是高海拔宇宙线观测站（LHAASO），也被大家叫作“拉索”。它是目前世界上海拔最高、规模最大、灵敏度最强的伽马射线探测装置，位于四川省稻城县海拔4410米的海子山上，占地面积约1.36平方公里。

“‘拉索’的任务是接住从外太空‘洒’向地球的宇宙射线，让科学家借此发现宇宙深处的未知世界，破解宇宙射线起源的谜题。”“拉索”首席科学家、中科院高能物理所研究员曹臻介绍。

5月10日，经过8年预研、4年建设，“拉索”迎来关键节点，顺利通过国家验收，正式投入运行。验收委员会认为，“拉索”的建成运行，使之成为目前国际粒子天体物理三大实验设施之一，对促进该领域实现重大原创突破、带动前沿交叉相关学科发展和国际合作具有重要意义。

等待宇宙射线的35万吨纯净水

从空中向下看“拉索”的大圆盘，最醒目的是中央的“品”字形方块，这就是水切伦科夫探测器阵列。

它主要用来探测甚高能伽马光子，由三个水池构成，其中两个是边长150米的正方形水池，一个是长300米、宽110米的长方形水池。三个水池的总面积达78000平方米，相当于2.5个水立方。巨大的水池中，装着35万吨纯净水。

当宇宙射线到达地球大气层时，会产生许多的次级粒子。这些粒子划过水池里的纯净水时，会发出非常微弱的蓝光，这就是切伦科夫光。

为了“捕捉到”非常微弱的切伦科夫光，科学家们在水池底部安装了很多晶莹剔透的“玻璃泡泡”。

“这些‘玻璃泡泡’就是探测器单元。它们名叫光电倍增管，可以将微弱的切伦科夫光信号转化为电信号，从而对宇宙射线作出分析。”“拉索”水切伦科夫探测器阵列分总体负责人陈明君指着“玻璃泡泡”模型向记者介绍。

对陈明君团队来说，维持好纯净水的透明度成为一项重大挑战。

“水注入到这么大的水池里面，非常容易被污染，一开始我们怎么也搞不干净，这是最让我们头疼的问题。我们也没有可以借鉴的对象，别的项目不会用这么多水。”陈明君说，“为把水弄干净，团队摸索了两年。”

“我们反复试验了各种方案，不断调节加氯浓度，有时候真的很绝望，好在同事们相互鼓励。”最终，陈明君与团队通过调节加氯剂量和增加水循环流量的方式，成功解决了这一难题。

1188个土堆下的缪子探测器

登上“拉索”阵列观景平台，许多规则排列的土堆映入记者眼帘。这些土堆大约两人多高，每个占地约36平方米，土堆之间间隔30米。

曹臻介绍，“拉索”阵列共1188个土堆，每个土堆里都埋着一个精密的探测器——缪子探测器。

每个缪子探测器可以探测的面积是36平方米。1188个探测器，拼出了4万平方米左右的灵敏探测面积。

这是世界上最大的缪子探测器。“只有探测面积足够大，我们才能准确地筛选出超高能伽马光子。”“拉索”缪子探测器阵列分总体负责人肖刚说。

虽然大有大的好处，但是大也有大的难处。

探测器的主要部分埋在2.5米深的土下，没有办法经常维护，这就要求它必须具有非常高的可靠性。

为了探测器“经久耐用”，研究人员费了不少心思，光预研就用了8年。

“我们首先在设计上作出合理规划，把比较容易损坏的电源等设备放在土堆上头，不容易损坏的设备，才会埋在土里。”肖刚站在土堆旁说，“但只有设计是不够的，埋在土里的设备虽然不容易坏，可一旦出现问题，修起来就很麻烦。”

为做好质量把控，肖刚团队还采取了一系列技术手段。

“比如，装超纯水的水袋是我们探测器的关键组成部分，它的质量要求非常高，必须保证绝对密封，不能进入任何污染物影响探测效率。”肖刚举例道，“为此，我们专门找了一种稀有气体——十氟化硫来检测水袋的密闭性。”

“这种稀有气体的检测效率非常高，利用它检测，哪个螺丝没拧紧都可以知道。”肖刚笑着说，“这样就保证了水袋的可靠性。”

挑战理论极限的探测灵敏度

在研究团队的不断努力下，“拉索”拥有了“千里眼”“顺风耳”。

在这里，探测器无处不在。

置身“拉索”阵列，在土堆之间的空隙里，记者还发现了不少绿色或白色的“小箱子”。这些“小箱子”长约1.5米、宽约1米，名叫电磁粒子探测器阵列，它们之间间距15米，呈品字形排列。

电磁粒子探测器阵列，是“拉索”最大的探测器阵列，主要用来探测宇宙射线到达大气层时产生的次级电磁粒子。

“这个阵列一共由5216个探测器组成，从预研到设计、到安装、再到调试，我们用了10多年。”曹臻说。

在曹臻看来，凝结着众多科研人员心血的“拉索”，没有辜负他们的辛苦与期待。

“拉索”在建设期间就开展了观测工作。凭借前所未有的探测灵敏度，在试运行时，“拉索”就取得了多项突破性的重大科学成果：在银河系内发现大量超高能宇宙加速器候选天体，并记录到人类观测到的最高能量光子，开启了“超高能伽马天文学”时代；精确测定了标准烛光蟹状星云的超高能段亮度，发现1千万亿电子伏伽马辐射，挑战理论极限。

截至目前，基于“拉索”项目发表的期刊论文累计约215篇，会议论文约156篇。

党的二十大报告指出，加快实施一批具有战略性全局性前瞻性的国家重大科技项目，增强自主创新能力。

展望正式运行之后的工作前景，曹臻信心满怀地说：“作为国家重大科技基础设施，‘拉索’未来必将产生更多高水平研究成果，助力科技自立自强跑出‘中国速度’！”

题图4月21日拍摄的高海拔宇宙线观测站（LHAASO）（无人机全景照片）。新华社记者金立旺摄

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