在中國(guó)，在世界屋脊青藏高原，有一群正在追宇宙線的人。
5月10日，經(jīng)過(guò)8年預(yù)研、4年建設(shè)，高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO）“拉索”迎來(lái)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，順利通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，正式投入運(yùn)行。它是目前世界上海拔最高、規(guī)模最大、靈敏度最強(qiáng)的伽馬射線探測(cè)裝置。
“拉索”占地約1.36平方公里。這個(gè)巨大陣列的中心位置，是由按“品”字排列的三個(gè)大水池組成的水切倫科夫探測(cè)器陣列，面積約78000平方米；周?chē)鷦t緊密排列著5216個(gè)電磁粒子探測(cè)器和1188個(gè)繆子探測(cè)器；此外還有由18臺(tái)廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡組成的望遠(yuǎn)鏡陣列。
“拉索”鳥(niǎo)瞰圖。（中科院高能物理所供圖）
“拉索”上山，向天接射線
觀測(cè)宇宙線，可以“上天”，用粒子探測(cè)衛(wèi)星尋找；可以“下?！?，在水底安裝中微子望遠(yuǎn)鏡；也可以“上山”，在高海拔地區(qū)搭建觀測(cè)站。
“在高海拔地區(qū)進(jìn)行地面觀測(cè)，探測(cè)器規(guī)?？蛇h(yuǎn)大于大氣層外的天基探測(cè)器。尤其在超高能量宇宙線觀測(cè)方面，由于樣本數(shù)量稀少，采用大規(guī)模探測(cè)器是唯一觀測(cè)手段。”“拉索”首席科學(xué)家、中科院高能物理所研究員曹臻說(shuō)。
“‘拉索’的任務(wù)是接住從外太空‘灑’向地球的宇宙射線，讓科學(xué)家借此發(fā)現(xiàn)宇宙深處的未知世界，破解宇宙射線起源的謎題?！辈苷榻榻B。
為何選址四川稻城海子山
選址至關(guān)重要。要脫離大氣層的束縛，就要在海拔4000—5000米的位置找一塊足夠大的平地，且落差不超過(guò)50米，要有公路、機(jī)場(chǎng)和醫(yī)療機(jī)構(gòu)，要有光纖和充足的供電。所有條件綜合下來(lái)，找到一個(gè)“最大公約數(shù)”并不容易。
“交通便利，距最近的國(guó)道僅百米之遙，距稻城亞丁機(jī)場(chǎng)10公里。光纖網(wǎng)距站址200米，確保了海量數(shù)據(jù)的收集和傳輸。地勢(shì)平坦，最大落差處僅30米，便于探測(cè)器陣列的布局與安裝。還有著豐富的優(yōu)質(zhì)水源?！?/p>
天時(shí)地利人和，拉索選址稻城。
廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列。（中科院高能物理所供圖）
觀測(cè)性能創(chuàng)三項(xiàng)“世界之最”
宇宙線粒子進(jìn)入大氣層后，會(huì)和大氣中的原子核發(fā)生相互作用，產(chǎn)生許多次級(jí)粒子，次級(jí)粒子則繼續(xù)重復(fù)同樣的過(guò)程，產(chǎn)生新的次級(jí)粒子，如此多次重復(fù)，到達(dá)地面時(shí)就像下了一場(chǎng)粒子“陣雨”。
“拉索”總工藝師、中科院高能物理所研究員何會(huì)海說(shuō)，“拉索”采用四種探測(cè)技術(shù)，可全方位接收粒子“陣雨”的信息，并開(kāi)展多變量精確測(cè)量。
其中，水切倫科夫探測(cè)器陣列用于觀測(cè)粒子“陣雨”中的次級(jí)粒子在水中產(chǎn)生的切倫科夫光，以求發(fā)現(xiàn)大量伽馬射線源；廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列用于測(cè)量粒子“陣雨”的切倫科夫光或熒光；電磁粒子探測(cè)器陣列和繆子探測(cè)器陣列則分別測(cè)量粒子“陣雨”中的次級(jí)電磁粒子和繆子含量。
何會(huì)海介紹，“拉索”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)突破了廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡不能在月夜工作的瓶頸，使有效觀測(cè)時(shí)間成倍增長(zhǎng)；發(fā)展了大面積、多節(jié)點(diǎn)、高精度時(shí)鐘同步技術(shù)；把觀測(cè)閾能從3000億電子伏降低到700億電子伏，大大擴(kuò)展了觀測(cè)能力。
工作人員在水切倫科夫探測(cè)器陣列水池里更換實(shí)驗(yàn)設(shè)備（4月21日攝）。新華社記者 金立旺 攝
戳視頻↓看拉索背后的故事
國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施高海拔宇宙線觀測(cè)站“拉索”（LHAASO）是什么原因選定了227國(guó)道邊的稻城？又如何做到控制成本、在建設(shè)時(shí)把“價(jià)格打下來(lái)”的？來(lái)聽(tīng)聽(tīng)LHAASO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和參與建設(shè)的科研人員的介紹。
視頻由中科院之聲提供
試運(yùn)行期間已獲得多項(xiàng)成果
2017年，拉索主體工程動(dòng)工。為克服環(huán)境對(duì)工程的影響、充分利用觀測(cè)資源，曹臻等人提出了“邊建設(shè)，邊運(yùn)行”的思路。
“第一年，我們先建1/4，運(yùn)行半年，然后再建1/4，湊成1/2，再運(yùn)行半年。”讓曹臻意想不到的是，到2020年，僅建成1/2規(guī)模的拉索，用不到一年的觀測(cè)數(shù)據(jù)就取得了斐然的成果：通過(guò)探測(cè)落在地球上的伽馬光子，拉索發(fā)現(xiàn)了12個(gè)超高能伽馬射線源，這一成果于2021年5月17日發(fā)表在《自然》雜志上。
一個(gè)多月后的7月9日，《科學(xué)》雜志上出現(xiàn)了來(lái)自拉索的另一項(xiàng)研究成果：科研人員利用拉索，精確測(cè)量了高能天文學(xué)標(biāo)準(zhǔn)燭光——蟹狀星云的亮度，在更廣的能量范圍內(nèi)為超高能伽馬光源測(cè)定了新標(biāo)準(zhǔn)，并由此確定在大約僅為太陽(yáng)系1/10大小的星云核心區(qū)內(nèi)，存在能力超強(qiáng)的粒子加速器，直逼經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)和理想磁流體力學(xué)理論所允許的加速極限。
捷報(bào)頻傳。2022年10月9日21點(diǎn)17分（北京時(shí)間），拉索、“慧眼”衛(wèi)星（Insight-HXMT）和“極目”空間望遠(yuǎn)鏡（GECAM-C）同時(shí)探測(cè)到迄今最亮的伽馬射線暴（編號(hào)GRB 221009A），這是我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)對(duì)伽馬射線暴的天地多手段聯(lián)合觀測(cè)。
“拉索”上方的星空。（中科院高能物理所供圖）
“中國(guó)造”大裝置 南半球建更大“拉索”
拉索團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在已有的4種探測(cè)器陣列之外，將再新增一個(gè)由32臺(tái)望遠(yuǎn)鏡組成的新陣列(LACT)。
在依托拉索開(kāi)展宇宙線研究的同時(shí)，中國(guó)第四代、第五代宇宙線研究者將走向世界，參與南天大視場(chǎng)伽馬射線天文臺(tái)（SWGO）的醞釀工作。三個(gè)月前，來(lái)自10余個(gè)國(guó)家超過(guò)80個(gè)研究單位組成的龐大研究組，已經(jīng)在雄心勃勃地計(jì)劃，未來(lái)幾年內(nèi)將在南半球建設(shè)一個(gè)大視場(chǎng)伽馬射線望遠(yuǎn)鏡。
曹臻透露，目前南半球項(xiàng)目正處于選址考察階段，“項(xiàng)目建成后，可以與位于北半球的拉索項(xiàng)目南北合作，進(jìn)行包含銀心區(qū)域的近乎全天區(qū)的巡天掃描和時(shí)域天文研究?！?/p>
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什么是宇宙線
——以光速行進(jìn)，每秒鐘都在穿越我們的身體。
宇宙線像“信使”，攜帶著宇宙起源、天體演化、太陽(yáng)活動(dòng)等重要科學(xué)信息，從外太空來(lái)到地球。拉索的任務(wù)就是接住它們，把收集到的信息傳遞給科學(xué)家，解開(kāi)宇宙起源、天體演化的秘密。
什么是切倫科夫效應(yīng)？
——以發(fā)現(xiàn)人、蘇聯(lián)物理學(xué)家切倫科夫命名。宇宙線的帶電粒子能量比較高，如果它們的速度超過(guò)介質(zhì)中的光速，會(huì)發(fā)生切倫科夫效應(yīng)，即沿著粒子前進(jìn)方向會(huì)產(chǎn)生一個(gè)光錐，類似于飛機(jī)超音速時(shí)發(fā)生的“音爆”現(xiàn)象。這一過(guò)程可在空氣或水中發(fā)生，空氣中發(fā)生的是大氣切倫科夫光，水中產(chǎn)生的是水切倫科夫光。
繆子是什么？
——繆子是自然界的基本粒子之一，具有極強(qiáng)的穿透能力，由卡爾·安德森發(fā)現(xiàn)。他在研究宇宙線時(shí)發(fā)現(xiàn)，這種粒子在穿過(guò)磁場(chǎng)時(shí)彎曲的形態(tài)與已知粒子不同，它的彎曲度比電子小，卻比質(zhì)子大。
“甚高能”和“超高能”是什么意思？
——甚高能一般指1000億電子伏特-100萬(wàn)億電子伏特。超高能一般指100萬(wàn)億電子伏特以上。
