国际高海拔宇宙线观测台,又名拉索观测台(LHAASO),是一项国家重大科技基础设施,其核心是宇宙线观测和研究。五月十日,拉索顺利通过国家验收并正式投入使用。索道施工有什么重大突破?又能为人类对宇宙的探索做出怎样的贡献?
宇宙线是由奥地利物理学家维克多·赫斯在年无意中发现的。宇宙线是一种从宇宙空间中释放出来的高能量粒子,它的主要成分是质子、多元素、少部分电子、光子。研究宇宙线和宇宙线的起源是人类探索宇宙的一个重要途径。然而,到目前为止,人类对高能宇宙线的起源、产生机制、加速机制等都还不清楚。
“宇宙射线的起源,是一个百年未解的谜团。中国科学家面向世界科技前沿,发起了对宇宙线起源的研究。”拉索计划的首席科学家曹臻表示:“对候选者,例如超新星的精确测量,可以发现宇宙射线的可能来源,其起源地点及其特征。”主要的方法就是利用伽玛射线来寻找其存在的证据,同时也需要对宇宙射线的性质与强度进行精确的测量。”
拉索桥位于四川省稻城县海子山,位于平均海拔m的海子山上,通过四种探测手段实现对高能天体伽马射线与宇宙线的全方位、多维探测。
通过自主创新与国际合作,Lasso项目组首次将新型硅基光电管应用于大视场切伦科夫望远镜,改变了该望远镜无法在月下工作的传统观测方式,使其有效观测时间倍增;研制出适用于米以上高海拔野外工作条件的大面积、多节点高精度钟差同步技术,长距离同步精度提高至0.2ns,达到国际领先水平。采用国产的20英寸超大光电倍增管,时间响应提高3倍,观测阈值由亿EV降至亿EV,极大地拓展了观测范围;开发和实现了4GB/s数据传输速率的宇宙线事例的“无触发”数据采集和“零死时间”观测;通过数据过滤技术,实现了海量数据的无损压缩,并在海子山与高能所之间实现了数据的实时传输。
“拉索”计划的首席科学家曹臻表示,“拉索”项目在超高能伽马射线探测的灵敏度、超高能巡天普查的灵敏度以及宇宙线的能谱覆盖面上处于世界领先水平。”“我认为,中国之所以能够在这么短的时间内完成拉索这个大型科技项目,和我们已经建立起了完整的工业体系有着很大的关系。也只有中国才能做到这一点,在没有任何外力帮助的情况下,他们能在自己的地盘上找到自己想出来的办法。这很难。”
在拉索建造的过程中,就已经开始进行观测,并且不断地产生科学成果,取得了多个具有突破性意义的重大科学成果:拉索在银河系中发现了一大批极高能宇宙加速器候选者,记录到了人类观测到的最高能量光子,开启了“极高能伽马天文学”的时代;精确测量了蟹状星云的超高能段亮度,探测到了1千万亿电子伏的γ辐射,突破了理论极限。曹臻表示,在现有研究基础上,拉索未来会继续从两方面进行研究和探索:“未来的第一步,就是提升其空间分辨率。第二个就是我们看到的加速器,它发出伽玛光,并伴随着中微子;未来,他们将会对中微子进行探测。这关系到我们未来十年二十年的努力“。
目前,已有28家天体物理学研究所成为该组织的成员。该合作组利用拉索的观测资料,在宇宙学、天文学和粒子物理等多个领域开展基础研究,同时开展粒子天体物理学的研究工作。拉索将成为以中国为主导,多个国家共同参与的宇宙线国际研究中心,充分发挥高原伽马天文学和宇宙线观测的优势,形成特色鲜明的综合性、开放性科研平台。中国科学院高能物理所副所长董宇辉表示:“我们将围绕着这一大科学装置,坚持做好开放共享工作,通过这一大科学装置,汇聚国内外优秀的科学家,充分利用观测数据,开展相关的物理研究工作,取得丰富的物理成果,提升我国在粒子天体物理领域的观测研究水平,以及在国际上的地位。”