高海拔宇宙線觀測(cè)站整體布局效果圖

　　廣角契倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列

　　地面簇射粒子陣列

　　我國最新天文大科學(xué)裝置——高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO，音譯為“拉鎖”）項(xiàng)目7月在海拔4410米的四川省稻城縣海子山開始基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。項(xiàng)目由國家發(fā)改委于2015年12月31日批準(zhǔn)立項(xiàng)，預(yù)算12億元，預(yù)計(jì)5年內(nèi)建成。建成后，有望向宇宙線起源這一世紀(jì)之謎發(fā)起沖擊。目前LHAASO項(xiàng)目集合了國內(nèi)20多個(gè)科研院校的百余名科學(xué)家，法國、意大利、瑞典等國也擬加入該項(xiàng)目國際合作組。

　　項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李昆鵬透露，這是世界上海拔最高、規(guī)模最大、靈敏度最強(qiáng)的宇宙射線探測(cè)裝置。科學(xué)家希望借此捕獲來自遙遠(yuǎn)深空的神秘粒子，取得一系列研究成果，比如，“如果最終找到宇宙線的起源位置，或許就會(huì)知道宇宙究竟從何而來。”

　　宇宙線是什么

　　來自宇宙的高能粒子

　　宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子，“是人類目前能夠從宇宙深處獲得的唯一物質(zhì)樣本，宇宙線作為我們與浩瀚星空溝通的‘信使’。”高海拔宇宙線觀測(cè)站項(xiàng)目首席科學(xué)家、中科院高能物理研究所研究員曹臻介紹，宇宙線及其起源是人類探索宇宙及其演化的重要途徑，自1912年宇宙線被發(fā)現(xiàn)以來，與之相關(guān)的研究已經(jīng)獲得了數(shù)枚諾貝爾獎(jiǎng)牌，但人類始終沒有發(fā)現(xiàn)宇宙線的起源，這成為困擾人類的“世紀(jì)之謎”，在21世紀(jì)重大科學(xué)問題中位列第五。LHAASO項(xiàng)目正是瞄準(zhǔn)宇宙線起源這一重大科學(xué)難題而提出的。

　　宇宙線的成分中含量最高的是質(zhì)子，其次是從氦核到鐵核等多種原子核，以及少量的光子、電子和中微子。

　　“雖然還不清楚宇宙線的成因，但是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，宇宙線的壽命、它們?cè)谟钪嬷羞\(yùn)行的時(shí)間和距離等特性會(huì)隨著宇宙的演化而演化。通過分析宇宙線的基本性質(zhì)，我們可以得到關(guān)于整個(gè)宇宙演化過程的一些證據(jù)。”曹臻說，如果找到宇宙線的起源位置，人們就能進(jìn)而分析整個(gè)宇宙的演化。

　　為何選海子山

　　海拔高及水資源充足

　　項(xiàng)目的預(yù)先研究從2008年開始，科研人員在我國高海拔地區(qū)進(jìn)行了廣泛選址，最終于2014年選定稻城海子山。曹臻說：“稻城縣擁有極佳的觀測(cè)條件：高海拔、靠近機(jī)場(chǎng)、穩(wěn)定的電力和通訊條件，以及充足的水資源。”目前探測(cè)器的自主研制也已經(jīng)完成，并在西藏羊八井開展了小規(guī)模試驗(yàn)。

　　目前，國際上能夠與海子山觀測(cè)站比肩的探究宇宙線大型科學(xué)裝置，只有阿根廷極高能宇宙線觀測(cè)站、南極中微子天文臺(tái)和智利契倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列。海子山觀測(cè)站的優(yōu)勢(shì)集中在寬視場(chǎng)的全天普查和高能區(qū)的精確測(cè)量。

　　項(xiàng)目建成后，有望向宇宙線起源這一世紀(jì)之謎發(fā)起沖擊。“如果最終找到宇宙線的起源位置，或許就會(huì)知道宇宙究竟從何而來”

　　3個(gè)世界之最

　　在1萬億電子伏特附近的甚高能伽馬射線巡天探測(cè)方面

　　靈敏度世界第一

　　100萬億電子伏特附近的高能段伽馬射線探測(cè)方面

　　靈敏度世界第一

　　三類探測(cè)器復(fù)合，覆蓋的宇宙線能量

　　測(cè)量范圍世界最廣

　　三大組成部分 不會(huì)破壞海子山景觀

　　曹臻介紹，LHAASO探測(cè)陣列由3個(gè)主要的部分組成：首先是一個(gè)深5米、占地8萬平方米的水池，這個(gè)完全密封、一片漆黑、面積有兩個(gè)半北京“水立方”大小的水池，布滿3000個(gè)左右的測(cè)量單元，能夠收集到非常遙遠(yuǎn)的星體。第二部分是一個(gè)約1平方公里的復(fù)合地面陣列，約5200個(gè)閃爍體探測(cè)器按邊長15米的正三角形點(diǎn)陣來排布，同時(shí)在2.5米的地下每隔30米布設(shè)約1200個(gè)繆子探測(cè)器，用于探測(cè)能量稍高的宇宙線伽馬光子。第三類裝置由12個(gè)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)組成，用于能量更高的宇宙線能譜高精度測(cè)量。這三類探測(cè)器彼此聯(lián)動(dòng)，組成巨大的復(fù)合探測(cè)裝置。

　　“這些裝置修建好后，將埋在地下，地面上將被恢復(fù)成原樣。”李昆鵬稱，不會(huì)破壞海子山的自然景觀，還有望形成集科考、旅游等于一體的景點(diǎn)。

　　打開“宇宙之眼” 應(yīng)能找到宇宙線起源

　　“LHAASO項(xiàng)目如同一道在海拔4400米以上拉起的恢恢天網(wǎng)，將成為全球覆蓋能量范圍最大的宇宙線探測(cè)設(shè)備，隨時(shí)等待捕捉落入地球的新秘密。”曹臻說，“該項(xiàng)目集合了三個(gè)世界之最。一是在1萬億電子伏特附近的甚高能伽馬射線巡天探測(cè)方面，靈敏度世界第一；二是100萬億電子伏特附近的高能段伽馬射線探測(cè)方面，靈敏度世界第一；三是三類探測(cè)器復(fù)合，覆蓋的宇宙線能量測(cè)量范圍世界最廣。

　　“利用如此精心布置的大型探測(cè)裝置，理論上講應(yīng)該能找到宇宙線的起源，這也是LHAASO的核心目標(biāo)。”曹臻說，另外它的發(fā)現(xiàn)還可能擴(kuò)展到意想不到的領(lǐng)域，如捕捉到伽馬暴，人類已知的最劇烈的天體爆炸過程，就有可能挑戰(zhàn)愛因斯坦的相對(duì)論、經(jīng)典引力理論等基本物理問題。

　　LHAASO將打開“宇宙之眼”，開啟一個(gè)新時(shí)代。

　　LHAASO的科學(xué)意義

　　沖擊宇宙線起源的世紀(jì)之謎

　　面向國際基礎(chǔ)研究重大前沿問題，沖擊宇宙線起源的世紀(jì)之謎。充分發(fā)揮高海拔優(yōu)勢(shì)，精確測(cè)量膝區(qū)宇宙線分成份能譜；實(shí)現(xiàn)極高能宇宙線譜的完整一致測(cè)量，建成國際高海拔宇宙線研究中心。

　　新物理前沿探索，包括：（1）暗物質(zhì)探索；（2）利用瞬變現(xiàn)象探索量子引力或Lorentz對(duì)稱破壞效應(yīng)；（3）LHC能量以上新能標(biāo)處粒子物理現(xiàn)象。

　　LHAASO項(xiàng)目將使我國籌建中的高海拔宇宙線觀測(cè)站成為世界上四大宇宙線研究基地之一，使我國在這一領(lǐng)域的研究躋身于國際領(lǐng)先地位。

　　宇宙線研究的意義

　　或與外星生命有關(guān)

　　宇宙線看起來和我們的生活很遙遠(yuǎn)，但有科學(xué)家認(rèn)為，全球變暖、空中交通等可能與之有直接關(guān)系。

　　●衛(wèi)星壽命

　　高能宇宙線粒子和太陽粒子事件可能會(huì)危及在太空飛行的宇航員的生命，還可能影響宇宙飛船、衛(wèi)星等的正常工作及壽命。

　　●空中交通

　　雖然宇宙射線到達(dá)地球時(shí)，會(huì)有大氣層阻擋住部分輻射，但射線流很可能對(duì)空中交通產(chǎn)生一定的影響。一旦在高空遭到帶電粒子的攻擊，飛機(jī)上所使用的控制系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)有可能失效。

　　●全球變暖

　　由于來自外層空間的高能粒子將原子中的電子轟擊出來，形成的帶電離子可以引起水滴的凝結(jié)，從而可增加云層的生長。當(dāng)宇宙射線較少時(shí)，產(chǎn)生的云層就少，太陽就可以直接加熱地球表面。

　　●外星生命

　　高能粒子流可能在決定其他行星上是否存在生命方面起著關(guān)鍵性的作用。因此有科學(xué)家提出，宇宙射線很有可能與生物物種的滅絕與出現(xiàn)有關(guān)。

　　針對(duì)以上說法，李昆鵬表示，現(xiàn)在對(duì)宇宙線所知甚少，不排除有這些可能，但需要不斷求證。

　　陳誠 成都商報(bào)記者 蔣麟 綜合中科院高能物理研究所網(wǎng)站