四川稻城县海子山,平均海拔4410米。区内布满了大大小小的花岗岩漂砾及形态各异的冰蚀岩盆,蛮荒而苍凉。然而,这里却被科学家认定为世界上少有的宇宙线观测理想站址。2014年8月,国家重大科技基础设施项目——高海拔宇宙线观测站(LHAASO)最终决定落户于此。经过几年的基建准备工作,近日,LHAASO项目主体工程将全面开工建设。

 

宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子,主要由质子和多种元素的原子核组成,并包括少量电子和光子、中微子,时刻存在于我们的星球之上。宇宙线又被称作:“银河陨石”,或传递宇宙大事件的“信使”。它们本身就是组成宇宙天体的物质成分,并携带着宇宙起源、天体演化、太阳活动及地球空间环境等重要科学信息。因此,研究宇宙线及其起源是人类探索宇宙的重要途径。


目前,LHAASO的配套建设已基本完成,主体工程即将全面开工建设。相信4年后,这里在建成国际领先水平的高海拔宇宙线研究中心的同时,对当地的科技、文化教育、旅游以及地方经济发展也将产生积极的影响。届时,它将与世界其他3个同水平宇宙线观测站优势互补,一起向宇宙线起源这一世纪之谜发起冲击。



科技日报:

带你去看“宇宙雨”

宇宙线观测站开工在即

这个观测站的探测器阵列设计为3个部分:由5195个电磁粒子探测器和1171个缪子探测器组成的地面簇射粒子阵列;78000平方米的水切伦科夫探测器,分为3000个探测单元,安装在探测器“水池”中;12台广角切伦科夫望远镜。LHAASO的科学目标包括,探索高能宇宙线的起源;开展全天区伽马源扫描搜索,捕捉宇宙中的高能伽马射线源和伽马暴事例并探索其辐射和爆发机制;探寻暗物质、量子引力或洛仑兹不变性破坏等新物理现象,发现新规律。

 

LHAASO为何选址在稻城海子山?宇宙线粒子在穿越大气层时会被大气吸收。因而在海拔高、空气稀薄的地方,探测器就能捕获到更多的宇宙线粒子。选择海子山还有另外一个原因:虽然它海拔4410米,但10公里外就有一个机场,50公里外就是稻城县城,县城海拔3750米。这有利于科研人员的工作与生活。



经济日报:

既有挑战 也有创新

在设施建设过程中,既有工程实施的挑战也有技术上的创新。需要建造一个面积相当于2.5个水立方的“中央大水池”——包含3000个探测单元的7.8万平方米的水切伦科夫探测器。这个水池要完全密闭,既要做好内防水,也要做好外防水,确保优质的洁净水不泄露,还不能被外界渗漏进来的水所污染。此外,避光也是很大的挑战,水切伦科夫探测器要对单光子级别的光信号进行研究,必须屏蔽所有自然光,才能捕捉进入其中的每一个高能伽马光子踪迹。

 

在技术上也有多个创新。比如观测基地方圆1.36平方公里的阵列里,布置了上万路探测器,要做到每路探测器的时间保持同步就是一大难点。宇宙线高能粒子以光速来临,与空气碰撞后形成粒子阵雨洒落到探测器上,阵雨落下的整个过程仅持续纳秒量级,假如有1000个探测器被击中,每个探测器都有1个时间记录,记录精准度要达到0.1纳秒内。单个探测器探测精度定在0.1纳秒内不难,但这么大范围内,这么多路探测器定时精度保持在这个水平上,这是“拉索”的突破。


人民网:

凭借高灵敏度和独特设计

将在国际竞争中保持优势

宇宙线研究在我国已有半个多世纪的历史了。而且我国与宇宙线领域研究强国日本、意大利有着近30年的长期合作历史,已经积累了很多成功经验。在此基础上,在综合条件更优越的站址建设高海拔宇宙线观测站,采用多种探测手段实现复合、精确的测量,大幅提高灵敏度,覆盖更宽广的能谱,一定能够对解开宇宙线起源之谜形成强有力的冲击。

 

探索宇宙线这种弥漫整个宇宙的带电粒子的起源。目前,该领域的国际竞争十分激烈,各国都在着手对现有的实验装备进行升级换代。在这轮竞争中,中国绝不能落后。目前来看,LHAASO的主要竞争对手是建设中的欧洲切伦科夫望远镜阵列,但凭借高灵敏度,以及辨别宇宙线粒子类别的独特设计,LHAASO项目将在未来竞争中保持独特优势。



外媒报道


英媒:

中国拥有强大科研设施及队伍 

正在科学领域开拓天地 

英国著名科学刊物《自然》表示:中国在高质量研究产出方面的突出增长已经成为常态。中国拥有崭新的科研设施与全球最庞大的科研队伍,正在科学领域开拓自己的天地。一些领域的中国科学家已经超越了海外同行。

 

宇宙线来自哪里,它们是如何被加速到如此之高的能量,一直是困扰科学家的问题。中国高海拔宇宙线观测站即将开工,这一“拉索”项目,正是中国科研领域的一大举动。“拉索”项目,完全是中国科学家设计引领,并吸引了法国、意大利、俄罗斯、瑞士等多国科学家参与的国际前沿大科学工程。中国又将在科学领域开拓一篇新的天地。

 

意媒:

LHAASO将挑战多个相关的物理前沿问题 

 中国将竭力打造世界知名实验项目 

意大利那不勒斯大学的Benedetto D'Ettorre教授曾评价:“LHAASO将挑战多个相关的物理前沿问题,中国的科学家必将在这一令人瞩目的科学实验中承担重要使命”。LHAASO项目是一个中国引领,多国参与合作的项目,因其将挑战物理前沿问题,预示着在国际的瞩目下,中国会将其打造成一个世界知名实验项目。

 

LHAASO项目的实施将最终建成具有国际先进水平的宇宙线研究中心,对宇宙线起源这一世纪之谜发起冲击,推动粒子物理学、天文学、宇宙学领域的相关科学研究产生突破性发展。




中科院高能物理研究所副所长罗小安:

拉“天网” 中国LHAASO 创三个世界第一


中科院高能物理研究所副所长罗小安说,自1954年在云南东川落雪山建立全国首个高山宇宙线实验室起,60多年来,经过三代物理学家的不懈努力,我国已迈入国际宇宙线研究领域的“第一梯队”。

 

到2021年建成后,中国高海拔宇宙线观测站将成为世界范围内的宇宙线研究中心之一,并占有“三个世界第一”:最高的高能伽马射线探测灵敏度、最灵敏的甚高能伽马射线巡天探测、最宽广的宇宙线能量测量范围。




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作者:佚名
来源:中华网