在海子山海拔4410米的苍茫高原，这里空旷、寂寥、荒无人烟，却成为科学家们“对话”宇宙、破解宇宙线起源谜题的重要场地。“拉索”观测站怎样捕捉空气中的宇宙线？怎样绘制一张张精密的“宇宙地图”？

　　日前，记者走进位于四川稻城的“拉索”观测站，揭秘这双“火眼金睛”究竟如何运转。

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　　无数粒子

　　正时时刻刻造访地球

　　在我们肉眼看不见的宇宙深处，无数粒子正以接近光的速度飞驰，穿过浩渺的宇宙，时时刻刻造访着地球。“我们仰望星空的瞬间，可能就已经有一百多个缪子降落在身侧，甚至‘穿越’我们的身体。”中国科学院高能物理研究所研究员、“拉索”工程副经理兼总工艺师何会海打了这样一个比方。

　　这些产生于宇宙深处的高能“子弹”，就是宇宙线。宇宙线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。

　　宇宙无限，“信使”有痕。作为太阳系以外唯一的物质样本，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成为人类探索宇宙的重要途径。

　　事实上，“拉索”的提出和建设并不是国内宇宙线研究迈出的第一步，中国的宇宙线实验研究一共经历了三个阶段。1954年，中国第一个高山宇宙线实验室在云南东川海拔3180米的高山建成；1989年至2000年，在海拔4300米的西藏羊八井相继启动了中日合作ASγ实验、中意ARGO-YBJ实验。2009年，在香山科学会议上，曹臻研究员代表团队提出在高海拔地区建设大型复合探测阵列“拉索”的完整构想，这就是第三代高山宇宙线观测站。

　　为什么要选择高原进行宇宙线实验室建设？海子山又为何能成为第三代高山宇宙线观测站建设所在地？“高山实验能够充分利用大气作为探测介质，在地面进行观测，探测器规模可远大于大气层外的天基探测器。由于高能量宇宙线数量稀少，采用大规模探测器是唯一观测手段。”何会海介绍。

　　经过广泛选址和实地踏勘调研，“拉索”项目最终落地四川稻城海子山，这离不开海子山便利的交通，平坦的地势，优质、丰富的水资源和主干通讯光纤网——能够实现强大的数据传输与交换能力，实现2.4Gbps的数据带宽，确保“拉索”海量数据的收集。

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　　水切伦科夫探测器阵列实现

　　原初伽马射线或宇宙线的参数轨迹重建

　　从无人机的视角看来，坐落于海子山的“拉索”观测站形似一个“大圆盘”。“拉索”占地面积约1.36平方公里，由5216个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器构成的一平方公里地面簇射粒子探测器阵列、78000平方米的水切伦科夫探测器阵列、18台广角切伦科夫望远镜等三大阵列组成。

　　爬到海子山山坡上的观景台上遥遥一望，最引人注目的就是呈“品”字形排列的白顶建筑，这就是78000平方米的水切伦科夫探测器阵列。

　　走进水切伦科夫探测器阵列内部，穿过黑暗的人工通道，映入眼帘的是一片在黑暗中看不到尽头的水池。打开手电筒向水下照射，一个个光电倍增管仿佛舞台上的照射灯，在水下闪烁着莹莹光泽。而这些“照射灯”其实不是“灯”，而是接收从宇宙奔腾而来的粒子在水中产生的信号探测器。

　　水切伦科夫探测器阵列又是如何精准观测宇宙线的呢？水池在观测中又起到了什么样的作用？高海拔宇宙线观测站项目WCDA大尺寸光敏探头负责人高博介绍，原初宇宙线进入大气后产生空气簇射，产生的次级粒子到达地面在水中产生微弱的切伦科夫光，被池内的光电倍增管接收后转换为电信号。而通过对电信号的数据分析，就可以重建出原初伽马射线或宇宙线的到达方向、能量等参数，实现对伽马源的高灵敏度观测，由行踪溯源头。

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　　未来5-10年

　　“拉索”地面簇射粒子阵列将一直是最灵敏的探测装置

　　建设“拉索”观测基地并不容易。何会海告诉记者：“当时拉索基地建设的时候更多的不是困难，而是苦。在四千多米海拔的高原，连说话都是‘体力劳动’。一位建筑公司的经理被派驻到‘拉索’，在三天的时间内又拉又吐又发高烧，几乎体验了所有的高原反应。”何会海说，当时建筑单位的人上高原，能够留下来的只有50%。

　　再次俯瞰“拉索”观测基地，环绕“品”字形水切伦科夫探测器阵列，有数以千计的“土包包”（缪子探测器）整齐地排列在周边，占据了“拉索”基地的绝大部分场地。它们头戴红色“抹额”，每个土堆下都埋藏了一个神秘装置——一个直径6.8米、高1.2米的混凝土罐体，罐体中放置了装有超纯水的高反射率水袋；土堆旁还排列着更多的绿色“小桌板”（电磁粒子探测器），显得十分质朴。

　　1188台鉴别宇宙线和伽马射线的缪子探测器与5216台测量簇射事例的方向和能量的电磁粒子探测器，构成了规模惊人的“拉索”地面簇射粒子阵列。来自浩渺天空的宇宙线从四面八方奔腾而来，在经过大气层时，与大气发生作用并形成空气簇射，宇宙粒子如同雨点般缤纷落下，击中散布在阵列中的探测器。而位于4410米高原的“拉索”观测基地，正好能够“接住”这场空气簇射中最多的粒子。

　　随着“拉索”地面簇射粒子阵列运行和更多数据的积累，更多的超高能伽马源正在被发现，在可预见的未来5-10年，“拉索”地面簇射粒子阵列将一直是超高能段国际上最灵敏的探测装置。

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　　截至目前

　　发表期刊论文累计约215篇，会议论文约156篇

　　北京时间2022年10月9日21点17分，高海拔宇宙线观测站、高能爆发探索者和慧眼卫星同时探测到迄今最亮的伽马射线暴。在这次观测中，“拉索”将伽马射线暴光子最高能量纪录提升了近20倍，在国际上首次打开了10TeV（万亿电子伏特）波段的伽马射线暴观测窗口，这些观测结果打破了多项伽马射线暴观测纪录。

　　事实上，“拉索”在建设期间就已经开展观测，科学成果持续产出。基于其超高的探测灵敏度，“拉索”在初步运行期间已经取得多项突破性的重大科学成果。截至目前，基于“拉索”项目发表的期刊论文累计约215篇，会议论文约156篇。

　　2020年，“拉索”在银河系内发现大量超高能宇宙加速器候选天体，并记录到能量达1.4拍电子伏的伽马光子（拍=千万亿），这是人类观测到的最高能量光子，突破了人类对银河系粒子加速的传统认知，开启了“超高能伽马天文学”时代。

　　2021年7月9日，基于拉索观测站测定标准烛光的超高能段亮度，发现拍电子伏伽马辐射的研究成果，由中国科学院高能物理研究所牵头的“拉索”国际合作组在《科学》（Science）上发表。（成都商报-红星新闻记者 叶燕 吕佳羽）

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