川观新闻记者 徐莉莎
5月17日,川观新闻记者从中科院高能所与Springer Nature的联合发布会上获悉,国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站(LHAASO)”有望于今年6月完工,实现全阵列科学观测。
在风光旖旎的甘孜稻城,不仅有亚丁景区,还有一片1.3平方千米的“天阵”。这是以宇宙线观测为核心的LHAASO,位于海拔4410米的海子山。科学家们在原始的无人区建这个天阵,为的就是为了迎接携带着宇宙秘密的信使。
从高处看,占地1.36平方公里的高海拔宇宙线观测站就像一枚铜钱,放置在群山之间。科学家们称其为“孔方兄”。它由5195个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器组成的一平方公里地面簇射粒子阵列(简称KM2A)、78000平方米水切伦科夫探测器、18台广角切伦科夫望远镜交错排布组成的复合阵列,采用四种探测技术全方位、多变量测量宇宙线。
LHAASO的核心科学目标就是探索高能宇宙线起源以及相关的宇宙演化、高能天体演化和暗物质的研究。广泛搜索宇宙中尤其是银河系内部的伽马射线源,精确测量它们从低于1TeV(1万亿电子伏,也叫“太电子伏”)到超过1PeV(1000万亿电子伏,也叫“拍电子伏”)宽广能量范围内的能谱,测量更高能量的弥散宇宙线的成分与能谱,揭示宇宙线产生、加速和传播的规律,探索新物理前沿。
宇宙线这一肉眼看不见的“天外来客”,如何精准捕捉?可以“下海”,在水底安装中微子望远镜;可以“上山”,在高海拔搭建观测站;也可以“上天”,用粒子探测卫星寻找。
高山实验是宇宙线观测研究中能够充分利用大气作为探测介质、在地面进行观测的手段,探测器规模可远大于大气层外的天基探测器。对于超高能量的宇宙线,这是唯一的观测手段。
中国的高山宇宙线实验室经历了3个发展阶段。1954年,中国第一个高山宇宙线实验室在海拔3180米的云南东川落雪山建成。1989年,在海拔4300米的西藏羊八井启动了中日合作的宇宙线实验,于2000年启动中意ARGO实验。
LHAASO是第三代高山宇宙线实验室。2008年,建设一个大型高海拔宇宙线观测站的项目开始了前期预研。2009年,北京香山科学会议上,曹臻提出了在高海拔地区建设大型复合探测阵列“高海拔宇宙线观测站”的完整构想。历时6年,科学家在我国高海拔地区进行了广泛选址和实地踏勘调研,最终选定了稻城县海子山平均海拔为4410米的高地作为观测站站址。
LHAASO的主体工程于2017年开始建设,2019年4月完成1/4的规模建设。与其他大科学装置不一样的是,其他装置要完整主体建设才能验收、投入使用;而LHAASO是一个相对规则的阵列,可以边建设、边运行。
当1/4规模阵列投入科学运行时,LHAASO就成为世界上最灵敏的宇宙线探测器。2020年1月完成了1/2规模的建设并投入运行,同年12月完成3/4规模并投入运行。成为国际领先的超高能伽马探测装置,长期运行,从多个方面展开宇宙线起源的探索性研究。