破解宇宙线起源“世纪之谜” 中国“拉索”拉开科学探索序幕

　　中新网四川稻城4月27日电 (记者 孙自法)中国国家重大科技基础设施——高海拔宇宙线观测站(英文缩写LHAASO，中文音译“拉索”)首批探测器26日下午正式投入科学观测。这也意味着核心目标为探索宇宙线起源这一“世纪之谜”的中国“拉索”，已拉开科学探索的序幕，开启它与另三大国际宇宙线研究中心携手破解宇宙线起源及宇宙演化和暗物质等研究的征程。

　　27日一早，参加“拉索”科学观测启动暨多信使天文国际研讨会的美国、日本、德国、法国、意大利、俄罗斯、瑞士等多国专家学者，就与中国同行们一起，飞赴位于四川稻城海拔4410米的“拉索”观测站，实地考察“拉索”科学观测及研制进展情况，促进“拉索”与国际各类大型天文观测实验开展交流合作研究。

中科院成都分院院长张雨东(前右)、中科院高能所副所长罗小安(前左)共同为中科院高能所天府宇宙线研究中心揭牌。　孙自法 摄

　　宇宙线是什么

　　既然“拉索”以探索宇宙线起源为核心科学目标，那么，宇宙线是什么？探索它有何意义？

　　中国科学院高能物理研究所(中科院高能所)粒子天体物理中心副主任、“拉索”首席科学家兼工程经理曹臻研究员介绍说，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，它时刻存在于星球之上，又被形象称为“银河陨石”或传递宇宙大事件的“信使”。

　　1912年，宇宙线被奥地利科学家赫斯首次发现，百年来，科学家们通过宇宙线的研究，首次发现了基本粒子，开创了粒子物理学，并在相关领域产生5枚诺贝尔奖牌。不过，因绝大多数宇宙线为带电粒子，在传播过程中会在星际磁场中发生偏转，到达地球时失去了原初的方向信息，无法反推源的方向，所以人类至今仍未找到宇宙线起源，也无法证实其产生机制及加速原理。宇宙线起源这一“世纪之谜”，也因此被国际物理学界列为“新世纪11个科学问题”之一。

　　“宇宙线携带着宇宙起源、天体演化、太阳活动及地球空间环境等重要科学信息，研究宇宙线及其起源是人类探索宇宙的重要途径。”曹臻指出，宇宙线来自哪里，它们又是如何被加速到千倍于人类现有加速器之高的能量，一直是困扰科学家的问题，也是科学家们梦寐以求的探索方向。

“拉索”项目科研人员在站址进行交流。　孙自法 摄

　　“拉索”能做什么

　　曹臻说，宇宙线的能量跨度为10的9次方至10的20次方电子伏特，能量越高到达地球的越稀少，因而需要建“拉索”这样大规模的探测器来探测。一方面，捕捉高能宇宙线极其不易，另一方面，要根据获得的这些少之又少的宇宙线粒子样本来确定它们来自何方，更是难上加难。

　　“超新星爆发、黑洞爆发、巨大星系之间的碰撞等，都可能是我们要找的来源。到底谁才是真正的来源，还需要继续寻找证据”，“拉索”正是瞄准这一重大科学难题而建设。

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　　据了解，高海拔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、在地球进行观测的手段，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观测，目前这是唯一手段。继云南落雪山、西藏羊八井等之后，新建于四川稻城海拔4410米海子山的“拉索”是中国第三代高海拔宇宙线实验室。

　　中科院高能所研究员、“拉索”工程副经理兼总工艺师何会海说，“拉索”选址历经5年，备选站址覆盖四川、云南、西藏、青海四省五地，综合面向科学目标、工程设计、开展国际合作等需求，并结合考虑对当地经济社会发展影响，经院士专家评审后，最终“落户”四川稻城。

　　已拉开科学探索序幕的“拉索”，由电磁粒子探测器阵列(5195个探测器)、缪子探测器阵列(1171个探测器)、水切伦科夫探测器阵列(3000个探测器单元)、广角切伦科夫望远镜阵列(12台)组成，前三个阵列主要用于探测能量稍高的宇宙线、甚高能伽马射线，后者将开展宇宙线能谱的高精度测量。

　　曹臻表示，通过这四种探测器阵列互相配合、优势互补的复合测量，“拉索”全面建成后，将在超高能伽马射线探测灵敏度、甚高能伽马射线巡天普查灵敏度、宇宙线能谱覆盖范围和宇宙线成分识别的精确度等方面均达到国际领先水平，科学家利用“拉索”探测数据对宇宙线特征、起源等进行精密分析和研究，最终将有望破解宇宙线起源之谜。

　　除了寻找宇宙线源存在的证据、研究宇宙线加速和传播机制等核心科学目标外，科学家们还能通过“拉索”对伽马射线源的巡天普查，发现新现象、揭示新规律，并开展暗物质、量子引力效应等新物理前沿研究。

　　推进国际合作

　　曹臻说，目前国际上共有四大宇宙线研究中心，包括中国“拉索”、欧美主导建于阿根廷的极高能宇宙线实验、美国主导建于南极的冰立方中微子天文实验、欧洲主导建于智利与西班牙在大西洋属岛的伽马天文切伦科夫望远镜阵列，这四大中心各具特色，通过优势互补以及全球科学家的广泛交流与合作，将有望尽早破解宇宙线起源的“世纪之谜”。

　　中科院高能所副所长罗小安表示，希望“拉索”通过与国际各类大型天文观测实验展开合作研究，产生更加丰富的物理成果，将中国粒子天体物理的观测研究推向新的高度。

　　清华大学教授崔伟认为，“拉索”开始科学观测，也开启了更广泛国际大科学合作。他希望“拉索”项目携手更多国际国内相关实验台站与科研机构，促进项目早出成果、多出成果。

　　为更好推进“拉索”建设和科学探测研究，并在现有瑞士、俄罗斯、泰国、法国等国际合作成员基础上推动更广泛的国际合作，与“拉索”首批探测器正式投入科学观测同步，中科院高能所还在成都成立天府宇宙线研究中心，希望引进高端人才和高新技术，以宇宙线研究为核心，开展高能物理、天文学、宇宙学、空间环境和大气等相关学科交叉研究，依托大科学装置“拉索”，打造一流科学团队，取得重大科学突破。

　　天府宇宙线研究中心负责人由曹臻担任，他表示，该中心将建立相应的宇宙线研究实验室、探测技术研发实验室，充分依托“拉索”的实验数据，吸引国际、国内专家深入开展宇宙线物理相关研究，目标是发展成为具有重要国际影响的专业科研机构和对全球科学家开放的研究基地。(完)

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