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【光明日报】高海拔宇宙线观测站:寻找宇宙线起源 破解世纪难题
2019-07-17|文章来源:光明日报 李晓东 周洪双 |【
 

  6月下旬,海拔4400多米的四川省稻城縣海子山已進入雨季,山上的高海拔宇宙線觀測站卻正抓緊施工——觀測站水切倫科夫二號水池已經進入了最後的設備安裝階段。

  高海拔宇宙線觀測站項目采用邊建設邊運行的模式,今年4月首批探測器投入科學觀測以來,該觀測站的觀測能力已經達到世界先進水平。項目首席科學家曹臻說:“二號水池設備安裝完成後,我們將看到更遠的宇宙。”

  顧名思義,高海拔宇宙線觀測站是用來觀測宇宙線的。“研究宇宙線及其起源是人類探索宇宙的重要途徑。”曹臻說。

  1912年奧地利物理學家赫斯乘氣球升到5千米的高度,發現電離室的電流隨高度增加而增加,並且確認白天和晚上的強度沒有差別,顯然不是由太陽照射引起的。由此得出結論:有來自宇宙空間的澳客射線不斷降落到地球,他將這種澳客射線命名爲宇宙線。

  “當前宇宙線物理的核心問題是尋找宇宙線起源。”曹臻說,由于宇宙線中大部分都是帶電粒子,在傳播過程中會受到星際磁場影響而偏轉,到達探測器時早已失去了原初的方向信息,從而無法根據所探測到的宇宙線到達方向來反推出源的方向。我們只能通過對極澳客粒子、中微子或甚澳客γ射線的測量來間接尋找宇宙線源。

  宇宙線發現後的100多年間,國際上已經形成了位于南美、南極和歐洲的三大宇宙線研究中心,人類卻始終沒有發現宇宙線的起源。

  瞄准宇宙線起源這一世紀難題,國家發改委2015年批准高海拔宇宙線觀測站項目立項。作爲國家重大科技基礎設施建設項目,該項目在國務院發布的《國家重大科技基礎設施建設中長期規劃(2012-2030年)》中被列爲16個優先安排的重大項目之一。“計劃的實施,將使我國籌建中的高海拔宇宙線觀測站成爲世界上四大宇宙線研究基地之一,使我國在這一領域的研究跻身于國際領先地位,對當今最重要的科學前沿問題之一的宇宙線起源發起沖擊。”曹臻說,該項目還將引進國際上最先進的γ射線和宇宙線探測技術,大幅提升我國的澳客粒子天體物理研究水平,造就一支具有國際領先水平的粒子天體物理研究隊伍,讓我國成爲名副其實的國際宇宙線觀測研究中心。

  高海拔宇宙線觀測站主體工程于2017年6月啓動,整體工程計劃于2021年全部建成。經過兩年的建設,觀測陣列已經具有一定規模。今年4月首批投入科學觀測的探測器包括由1800個探測器組成、靈敏面積達22500平方米的一號水切倫科夫探測器陣列,兩台廣角切倫科夫望遠鏡,180台電磁粒子探測器和80個缪子探測器。其中,水切倫科夫探測器陣列是觀測陣列的主要科學設施,每天都能夠對60%以上的天區進行一次掃描,不受日、月、星光及天氣條件的影響,每年將探測到5萬億個宇宙線事例。已經投入觀測的一號陣列,其巡天靈敏度比國際上最高靈敏度的同類裝置高出30%,可以在多方面與國際同類實驗展開合作研究。

  該項目首批探測器投入科學觀測倍受國內外專家關注。4月26日,高海拔宇宙線觀測站科學觀測啓動暨天府宇宙線研究中心成立揭牌儀式在成都舉行,來自中、美、日、德、法、意、俄、瑞士等國家的專家學者等近百人參加了儀式。4月27日,部分專家學者赴觀測站現場考察,並對第一階段的科學觀測目標進行深入探討。

  5月26日下午,用于高海拔宇宙線觀測站水切倫科夫探測器陣列的首批20英寸微通道板型光電倍增管通過檢測,發往觀測站安裝現場。據介紹,因爲新技術的發展成熟,共計將有2220個20英寸光電倍增管代替一號探測器方案的8英寸光電倍增管,布置在觀測站的水切倫科夫探測器陣列的二號、三號探測器中。相比一號水池,此項應用將明顯增強探測器的探測能力,大幅提升探測靈敏度。

  當前,觀測站正抓緊推進建設,每個星期交到曹臻手上的建設進度圖文報告,都有重大進展。他說:“破解世紀難題,我們責無旁貸、我們分秒必爭!”

  ( 原载于《光明日报》2019年07月04日04版,http://epaper.gmw.cn/gmrb/html/2019-07/04/nw.D110000gmrb_20190704_5-04.htm)


 
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