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解析高海拔宇宙線觀測站“拉索”——世界屋脊上的觀天陣列_天天快資訊

2023-05-12 09:01:40    來源:杭州網

四川稻城海子山,海拔4410米處的一大片圓形區域內,數千個不同類型的探測器緊密有序排列,形成一個巨大的觀測陣列,時刻捕捉著來自宇宙深處的信息。


(相關資料圖)

這是以宇宙線觀測研究為核心目標的國家重大科技基礎設施——高海拔宇宙線觀測站“拉索”(LHAASO)。5月10日,“拉索”通過國家驗收,將致力于探索宇宙線起源之謎,并通過觀測宇宙線探索更多宇宙奧秘。

海拔4410米的觀天陣列

“拉索”占地約1.36平方公里。這個巨大陣列的中心位置,是由按“品”字排列的三個大水池組成的水切倫科夫探測器陣列,面積約78000平方米;周圍則緊密排列著5216個電磁粒子探測器和1188個繆子探測器;此外還有由18臺廣角切倫科夫望遠鏡組成的望遠鏡陣列。

宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子,主要由氫核、氦核、鐵核等多種元素的原子核組成,并包括少量正負電子,是人類目前能從宇宙深處獲得的唯一物質樣本,被稱為傳遞宇宙大事件的“信使”。

“研究宇宙線及其起源是人類探索宇宙的重要途徑?!薄袄鳌笔紫茖W家、中科院高能物理所研究員曹臻介紹,宇宙線被發現110多年以來,相關探索研究已產生數枚諾貝爾獎牌,但依然有眾多謎題待解,宇宙線起源被國際物理學界列為“新世紀11個科學問題”之一。

據介紹,觀測宇宙線,可以“上天”,用粒子探測衛星尋找;可以“下海”,在水底安裝中微子望遠鏡;也可以“上山”,在高海拔地區搭建觀測站。

“在高海拔地區進行地面觀測,探測器規模可遠大于大氣層外的天基探測器。尤其在超高能量宇宙線觀測方面,由于樣本數量稀少,采用大規模探測器是唯一觀測手段?!辈苷檎f。

作為大型復合探測陣列,“拉索”是繼云南東川、西藏羊八井高山宇宙線觀測站之后,我國建設的第三代高山宇宙線觀測站。經過廣泛選址和實地踏勘調研,“拉索”項目最終落戶四川稻城海子山。

“‘拉索’是世界上重要的粒子天體物理支柱性實驗設施之一,將助力我國在高能伽馬射線天文領域的研究邁向國際領先水平。”曹臻說。

觀測性能創三項“世界之最”

得益于世界屋脊的高海拔優勢和關鍵核心技術的突破,“拉索”創造了三項“世界之最”——超高能伽馬射線探測靈敏度世界最高,甚高能伽馬射線源巡天普查靈敏度世界最高,超高能宇宙線能量覆蓋范圍世界最寬。

宇宙線粒子進入大氣層后,會和大氣中的原子核發生相互作用,產生許多次級粒子,次級粒子則繼續重復同樣的過程,產生新的次級粒子,如此多次重復,到達地面時就像下了一場粒子“陣雨”。

“拉索”總工藝師、中科院高能物理所研究員何會海說,“拉索”采用四種探測技術,可全方位接收粒子“陣雨”的信息,并開展多變量精確測量。

其中,水切倫科夫探測器陣列用于觀測粒子“陣雨”中的次級粒子在水中產生的切倫科夫光,以求發現大量伽馬射線源;廣角切倫科夫望遠鏡陣列用于測量粒子“陣雨”的切倫科夫光或熒光;電磁粒子探測器陣列和繆子探測器陣列則分別測量粒子“陣雨”中的次級電磁粒子和繆子含量。

何會海介紹,“拉索”項目團隊突破了廣角切倫科夫望遠鏡不能在月夜工作的瓶頸,使有效觀測時間成倍增長;發展了大面積、多節點、高精度時鐘同步技術;把觀測閾能從3000億電子伏降低到700億電子伏,大大擴展了觀測能力。

向宇宙線起源之謎發起沖擊

“我們將向著科學前沿課題——宇宙線起源之謎發起沖擊!”曹臻滿懷信心。

據介紹,基于超高的探測靈敏度,“拉索”在初步運行期間已取得多項突破性科學成果,包括:在銀河系內發現大量超高能宇宙加速器候選天體,記錄到人類觀測到的最高能量光子,精確測定了標準燭光蟹狀星云的超高能段亮度,發現1千萬億電子伏伽馬輻射等。

“拉索”面向國內外全面開放共享,目前已有28個天體物理研究機構成為“拉索”的國際合作組成員單位。合作組利用“拉索”觀測數據開展粒子天體物理研究,同時進行宇宙學、天文學等眾多領域基礎研究。

截至目前,基于“拉索”項目發表的期刊論文超過200篇,會議論文超過150篇。

“‘拉索’將成為以中國為主、多國參與的國際宇宙線研究中心,借助高海拔伽馬天文、宇宙線的觀測優勢,成為獨具特色、綜合開放的科學研究平臺?!辈苷檎f。

(據新華社消息)

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