四川海拔4410米的原始无人区5年时间建起天字一号宇宙驿站了

　　封面新闻记者陈彦霏受访者供图
　　遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之。
　　千百年来，人类一直孜孜不倦地探索着宇宙，梦想有一天能读懂宇宙传递的信息，揭开宇宙诞生的奥秘。如今，屈原提出的这个终极问题，正在海拔4410米的川西高原上被慢慢探索着，从高空俯瞰，一座占地1。36平方公里、呈圆形分布的探测站正张开它的怀抱，来迎接更多天外来客。
　　高海拔宇宙线观测站拉索
　　欢迎来到拉索，这里是地球天字一号宇宙驿站目前是世界上海拔最高、规模最大、灵敏度最强的宇宙射线探测装置。作为十二五国家重大科技基础设施项目，自2017年破土动工后，拉索于2021年完成全阵列建设并投入运行，而它的核心目标是帮助科学家接住从外太空洒向地球的宇宙线，这些宇宙线相当于一个个信使，其携带的信息能帮助人们探索高能宇宙线起源、宇宙演化以及高能天体演化的奥秘。
　　2022年5月27日上午，四川省第十二次党代会开幕，王晓晖同志代表第十一届四川省委向大会作报告。报告指出，四川将积极争创国家实验室，高标准建设天府实验室和国家实验室四川基地，布局建设大科学装置和全国重点实验室加强原创性、引领性科技攻关，持之以恒强化基础研究。
　　5年时间，如何在高海拔的原始无人区建成如此规模的大科学装置，项目背后又有我国科学家们怎样的历史积淀？封面新闻记者对话了高海拔宇宙线观测站（简称拉索）项目首席科学家、项目工程经理曹臻。
　　曹臻在项目现场
　　捕捉宇宙信使
　　从陪跑人到参与者
　　宇宙无限，信使有痕。
　　宇宙线是来自宇宙的高能粒子流的总称，成分包括质子和各种原子核，还有少量的光子、中微子、电子等。作为来自外太空的唯一物质样品，宇宙线很可能携带着关于重大天体演化：例如宇宙深处爆炸突变、中子星碰撞以及宇宙早期活动等信息。
　　来自宇宙空间的高能射线不断降落在地球，原初宇宙线粒子在穿过地球的保护膜大气层时，与大气原子核碰撞后又不断产生子子孙孙次级粒子，在空中形成一阵宇宙线雨。这也被称为广延大气簇射。
　　百年来，业界一直企图捕捉和研究这些阵雨，以了解光年外的世界：宇宙线是如何产生的，具体哪个地方发出的，为何会加速这么高的能量
　　1949年，以研究高能物理粒子为目的，我国开始了在这一领域的探索。那时，以张文裕为代表的中国第一代宇宙线研究者归国后，着手在云南东川的落雪山上建立实验室，使用传统的云雾式探测器进行研究。不过到了20世纪70年代，实验室才进入可用的状态，此时大型加速器给已经成为粒子物理实验研究的主力了。
　　20世纪80年代末，第二代探索者接力，开始申请启动西藏羊八井探测站建设，与合作方日本相比，实力有些悬殊。当时，日方投入的科研费达到约四千万日元（相当于当时200余万人民币）。那个时候我们整体处于学习阶段，没有充足的经费投入到探测设备，但我们有年轻的队伍和优良的站址。曹臻回忆，中方负责羊八井基地建设，日方则提供阵列设备。1990年元月，拥有45个探测器的羊八井一期小阵列和羊八井观测站初步建成。
　　不久后，已是高能物理研究所宇宙线研究室研究生的曹臻，进入羊八井当上了值班观测人员。感觉就是去当助手，日方几乎主导了整个科研活动。而且长期以来，羊八井宇宙线观测站没有稳定的运行经费，所有的运营都由科研课题承担。
　　通过之前合作中的学习和成长，在2000年时，我们就迎来了‘平等’的合作。曹臻所指的即是意大利国家核科学院（INFN）与高能所合作的羊八井ARGO项目。从建设到研究，双方不管是在经费，还是研发人力的投入，以及最后科学论文的完成发表上，都按‘1：1’的比例合作分配。曹臻说。
　　开启超高能新时代
　　坚信能看到更广阔的宇宙
　　公元1054年，北宋司天监杨惟德观测到一颗仅次于月亮的明亮天体，更为奇怪的是，这颗星星在白天依然散发着光芒，当时中国、阿拉伯和日本天文学家都记录下了这一奇异天象。
　　此后人们证实，这是一次超新星爆发，这次爆发所产生的蟹状星云，是人类历史上首颗被确认为超新星爆发遗迹的天体。在往后的日子里，人们从射电、红外、光学、紫外、X射线到甚高能伽马射线，在各种不同波段上研究了其光谱。使得蟹状星云成为人类认识最全面的天体之一。
　　不过，在蟹状星云的图景中，仍然缺失着重要的一环，那就是超高能的伽马射线，拉索的出现，让我们得以通过全新的视角观测蟹状星云。2021年7月，科研人员用建成四分之三的拉索，精确测量了蟹状星云的亮度，该成果发布在《科学》杂志上。
　　星空下的拉索
　　1989年，惠普尔天文台的实验组成功发现了首个具有0。1TeV以上伽马辐射的天体，标志着‘甚高能’伽马射线天文学时代的开启，在经过近30年的辉煌发展后，我们开启了超高能伽马射线研究的时代，让人们得以用全新的视角去研究宇宙和各类天体。曹臻说。
　　超高能伽马射线研究意味着什么？曹臻打了个比方：我们肉眼可见的太阳光光谱，是红橙黄绿青蓝紫，眼中的世界斑斓精彩。但拉索之前好比只有六色，没有紫色。相关的理论都建立在这种‘缺紫’的观测给大家所描绘的图像基础之上，但拉索能观测到更高能的伽马射线，打开了这个称之为超高能伽马的波段，使得我们看见了更加丰富、色彩完整的宇宙，发现一个全新的宇宙面貌。
　　我始终有一个坚定的信念，当人类的探测能力提高了一个新的台阶之上，你一定能看到更暗弱的天文现象。就像哈勃望远镜给我们展现的样子，在你完全想象不到的地方，实际上有一个更大的宇宙的存在。曹臻说。
　　抱着看到更广阔宇宙的坚定信念，曹臻带领团队在2009年提出建设拉索。在国务院发布的《国家重大科技基础设施建设中长期规划（20122030年）》中，拉索被列为16个优先安排的重大项目之一，并于2015年12月31日获得国家发改委批准立项。
　　2017年，拉索在稻城县海子山上破土动工。曹臻表示，之所以选址在四川稻城，是因为宇宙线粒子穿越大气层时容易被吸收，越是在海拔高、空气稀薄的地方设置探测器，其捕捉的灵敏度更高，接收到宇宙线粒子信号的可能性越大，但海拔如果太高，建设又太困难。除了良好的自然条件外，还离不开四川省委省政府的大力支持。曹臻说。
　　建设中的拉索
　　建成后的拉索
　　建设宇宙驿站
　　每天迎接数十亿天外来客
　　从高空俯瞰，占地1。36平方公里LHAASO是由3个探测器阵列组成。占地面积最大的是一平方公里地面簇射粒子阵列，由5216个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器组成，星罗密布的电磁粒子探测器按边长15米的正三角形点阵分布；缪子探测器则和点阵搭配，每隔30米就可以看到一个高2。5米的土堆。
　　科学家们在进行探测器安装工作
　　此外，在拉索大圆盘的中心，有一块醒目的品字形方块，那是78000平方米水切伦科夫探测器，探测器内部是深4。5米的密闭水池，水底布满拥有3000多路探测单元的水切伦科夫探测器阵列。水池两角，18台集装箱式样的广角切伦科夫望远镜组成阵列，相互配合着完成360度无死角守望。
　　三种探测器阵列分工有所不同，相互间可印证且补充。曹臻举例，望远镜阵列记录的就是宇宙线到达地面前在空中发展的全过程，而其他两个阵列则捕捉到达时的瞬间信息。这样高度复合型且能够覆盖多能段的探测阵列在全世界少见。
　　在无人区建设如此浩大的工程，最先需要克服的困难，就是基础设施需要从零做起。曹臻介绍，第一波建设团队进驻稻城站址时，就发生了惊险的一幕：因为没有可居住的房屋，只能扎帐篷睡觉，当时天还下着雪，群狼围着人们的帐篷边转边叫，但好在并没有冲进帐篷。
　　曹臻介绍，除了建设工人，科学家们也都奋战在建设一线。总面积78000千平米的水切伦科夫探测器阵列，就是由一支平均年龄37岁的青年科学家团队建设完成，在面对约2。5个水立方大小、装有35万吨水的探测器阵列，他们在建设过程中面临的是预研300倍的项目规模和艰苦的环境。
　　光电倍增管组成的水切伦科夫探测器阵列
　　其中一个步骤，是科学家们将3120个光电倍增管安装到78000千平米阵列中，再注满纯净水。注水前的巨大密闭水池内不见阳光，整个安装季基本保持在零下4摄氏度左右，工作环境非常具有挑战性。曹臻说。
　　因为工程量大，工期长，拉索采取边建设边运行的方式，已经产生出不少令世界瞩目的成果。除了测定蟹状星云标准烛光超高能段亮度，2021年5月17日，拉索还发现首批拍电子伏加速器和最高能量光子，开启超高能伽马天文学时代，该成果发布在《自然》期刊上；2022年2月3日，国际物理学权威杂志《物理评论快报》发表拉索最新成果，再次验证爱因斯坦相对论时空对称正确性。
　　如今，建成后的拉索每天都会迎接数十亿天外来客宇宙线，成为地球上最繁忙的宇宙驿站。未来，拉索还将通过对这些宇宙线的研究，发现更多宇宙的奥秘。科学家是最有好奇心的一群人，对未知的渴望促使我们继续去探索宇宙深处的加速器，对宇宙作更深入的解读。曹臻说。
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