在海子山海拔4410米的蒼茫高原，這裡空曠、寂寥、荒無人煙，卻成為科學家們“對話”宇宙、破解宇宙線起源謎題的重要場地。“拉索”觀測站怎樣捕捉空氣中的宇宙線？怎樣繪制一張張精密的“宇宙地圖”？

　　日前，記者走進位於四川稻城的“拉索”觀測站，揭秘這雙“火眼金睛”究竟如何運轉。

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　　無數粒子

　　正時時刻刻造訪地球

　　在我們肉眼看不見的宇宙深處，無數粒子正以接近光的速度飛馳，穿過浩渺的宇宙，時時刻刻造訪著地球。“我們仰望星空的瞬間，可能就已經有一百多個繆子降落在身側，甚至‘穿越’我們的身體。”中國科學院高能物理研究所研究員、“拉索”工程副經理兼總工藝師何會海打了這樣一個比方。

　　這些產生於宇宙深處的高能“子彈”，就是宇宙線。宇宙線主要由質子和多種元素的原子核組成，並包括少量電子和光子。

　　宇宙無限，“信使”有痕。作為太陽系以外唯一的物質樣本，宇宙線攜帶著宇宙起源、天體演化、太陽活動及地球空間環境等重要科學信息，研究宇宙線及其起源成為人類探索宇宙的重要途徑。

　　事實上，“拉索”的提出和建設並不是國內宇宙線研究邁出的第一步，中國的宇宙線實驗研究一共經歷了三個階段。1954年，中國第一個高山宇宙線實驗室在雲南東川海拔3180米的高山建成﹔1989年至2000年，在海拔4300米的西藏羊八井相繼啟動了中日合作ASγ實驗、中意ARGO-YBJ實驗。2009年，在香山科學會議上，曹臻研究員代表團隊提出在高海拔地區建設大型復合探測陣列“拉索”的完整構想，這就是第三代高山宇宙線觀測站。

　　為什麼要選擇高原進行宇宙線實驗室建設？海子山又為何能成為第三代高山宇宙線觀測站建設所在地？“高山實驗能夠充分利用大氣作為探測介質，在地面進行觀測，探測器規模可遠大於大氣層外的天基探測器。由於高能量宇宙線數量稀少，採用大規模探測器是唯一觀測手段。”何會海介紹。

　　經過廣泛選址和實地踏勘調研，“拉索”項目最終落地四川稻城海子山，這離不開海子山便利的交通，平坦的地勢，優質、豐富的水資源和主干通訊光纖網——能夠實現強大的數據傳輸與交換能力，實現2.4Gbps的數據帶寬，確保“拉索”海量數據的收集。

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　　水切倫科夫探測器陣列實現

　　原初伽馬射線或宇宙線的參數軌跡重建

　　從無人機的視角看來，坐落於海子山的“拉索”觀測站形似一個“大圓盤”。“拉索”佔地面積約1.36平方公裡，由5216個電磁粒子探測器和1188個繆子探測器構成的一平方公裡地面簇射粒子探測器陣列、78000平方米的水切倫科夫探測器陣列、18台廣角切倫科夫望遠鏡等三大陣列組成。

　　爬到海子山山坡上的觀景台上遙遙一望，最引人注目的就是呈“品”字形排列的白頂建筑，這就是78000平方米的水切倫科夫探測器陣列。

　　走進水切倫科夫探測器陣列內部，穿過黑暗的人工通道，映入眼帘的是一片在黑暗中看不到盡頭的水池。打開手電筒向水下照射，一個個光電倍增管仿佛舞台上的照射燈，在水下閃爍著瑩瑩光澤。而這些“照射燈”其實不是“燈”，而是接收從宇宙奔騰而來的粒子在水中產生的信號探測器。

　　水切倫科夫探測器陣列又是如何精准觀測宇宙線的呢？水池在觀測中又起到了什麼樣的作用？高海拔宇宙線觀測站項目WCDA大尺寸光敏探頭負責人高博介紹，原初宇宙線進入大氣后產生空氣簇射，產生的次級粒子到達地面在水中產生微弱的切倫科夫光，被池內的光電倍增管接收后轉換為電信號。而通過對電信號的數據分析，就可以重建出原初伽馬射線或宇宙線的到達方向、能量等參數，實現對伽馬源的高靈敏度觀測，由行蹤溯源頭。

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　　未來5-10年

　　“拉索”地面簇射粒子陣列將一直是最靈敏的探測裝置

　　建設“拉索”觀測基地並不容易。何會海告訴記者：“當時拉索基地建設的時候更多的不是困難，而是苦。在四千多米海拔的高原，連說話都是‘體力勞動’。一位建筑公司的經理被派駐到‘拉索’，在三天的時間內又拉又吐又發高燒，幾乎體驗了所有的高原反應。”何會海說，當時建筑單位的人上高原，能夠留下來的隻有50%。

　　再次俯瞰“拉索”觀測基地，環繞“品”字形水切倫科夫探測器陣列，有數以千計的“土包包”（繆子探測器）整齊地排列在周邊，佔據了“拉索”基地的絕大部分場地。它們頭戴紅色“抹額”，每個土堆下都埋藏了一個神秘裝置——一個直徑6.8米、高1.2米的混凝土罐體，罐體中放置了裝有超純水的高反射率水袋﹔土堆旁還排列著更多的綠色“小桌板”（電磁粒子探測器），顯得十分質朴。

　　1188台鑒別宇宙線和伽馬射線的繆子探測器與5216台測量簇射事例的方向和能量的電磁粒子探測器，構成了規模驚人的“拉索”地面簇射粒子陣列。來自浩渺天空的宇宙線從四面八方奔騰而來，在經過大氣層時，與大氣發生作用並形成空氣簇射，宇宙粒子如同雨點般繽紛落下，擊中散布在陣列中的探測器。而位於4410米高原的“拉索”觀測基地，正好能夠“接住”這場空氣簇射中最多的粒子。

　　隨著“拉索”地面簇射粒子陣列運行和更多數據的積累，更多的超高能伽馬源正在被發現，在可預見的未來5-10年，“拉索”地面簇射粒子陣列將一直是超高能段國際上最靈敏的探測裝置。

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　　截至目前

　　發表期刊論文累計約215篇，會議論文約156篇

　　北京時間2022年10月9日21點17分，高海拔宇宙線觀測站、高能爆發探索者和慧眼衛星同時探測到迄今最亮的伽馬射線暴。在這次觀測中，“拉索”將伽馬射線暴光子最高能量紀錄提升了近20倍，在國際上首次打開了10TeV（萬億電子伏特）波段的伽馬射線暴觀測窗口，這些觀測結果打破了多項伽馬射線暴觀測紀錄。

　　事實上，“拉索”在建設期間就已經開展觀測，科學成果持續產出。基於其超高的探測靈敏度，“拉索”在初步運行期間已經取得多項突破性的重大科學成果。截至目前，基於“拉索”項目發表的期刊論文累計約215篇，會議論文約156篇。

　　2020年，“拉索”在銀河系內發現大量超高能宇宙加速器候選天體，並記錄到能量達1.4拍電子伏的伽馬光子（拍=千萬億），這是人類觀測到的最高能量光子，突破了人類對銀河系粒子加速的傳統認知，開啟了“超高能伽馬天文學”時代。

　　2021年7月9日，基於拉索觀測站測定標准燭光的超高能段亮度，發現拍電子伏伽馬輻射的研究成果，由中國科學院高能物理研究所牽頭的“拉索”國際合作組在《科學》（Science）上發表。（成都商報-紅星新聞記者 葉燕 呂佳羽）

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