1912年,奧地利物理學(xué)家維克多·赫斯意外發(fā)現(xiàn)了宇宙線。宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子,主要由質(zhì)子和多種元素的原子核組成,并包括少量電子和光子。研究宇宙線及其起源,是人類探索宇宙的重要途徑。但至今,人類仍未知道高能宇宙線的來源,無法證實其產(chǎn)生機制及加速原理。
“宇宙線起源,是困擾人類100年之久的世紀難題。中國科學(xué)家面向世界科技前沿,發(fā)起了破解宇宙線起源的挑戰(zhàn)?!眹抑卮罂萍蓟A(chǔ)設(shè)施拉索的核心科學(xué)目標,便是探索宇宙線起源。拉索項目首席科學(xué)家曹臻介紹說:“要精確測量候選天體,像超新星,去尋找可能的宇宙線起源、起源的位置和它的特點。主要的手段就是通過伽馬射線的觀測,找到它們存在的證據(jù),同時還要精確測量宇宙線的成分和強度?!?/p>
拉索位于四川省稻城縣海子山,平均海拔4410米,采用四種探測技術(shù),可以全方位、多變量地測量來自于高能天體的伽馬射線和宇宙線。
通過自主創(chuàng)新和國際合作,拉索項目團隊完成了多項關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān):首次在大視場成像切倫科夫望遠鏡中大規(guī)模使用新型硅光電管,改變了這類望遠鏡不能在月夜工作的傳統(tǒng)觀測模式,實現(xiàn)了有效觀測時間的成倍增長;發(fā)展了適應(yīng)4000米以上高海拔野外工況的大面積、多節(jié)點、高精度時鐘同步技術(shù),遠距離同步精度提升到0.2納秒,達到國際領(lǐng)先水平;采用了國產(chǎn)20英寸超大型光電倍增管,并將時間響應(yīng)提高了3倍,把觀測閾能從3000億電子伏降低到700億電子伏,大大擴展了觀測能力;發(fā)展并實現(xiàn)了“無觸發(fā)”數(shù)據(jù)獲取,對數(shù)據(jù)傳輸率高達4GB/s的宇宙線事例實現(xiàn)“零死時間”觀測;采用特殊的數(shù)據(jù)篩選技術(shù),對海量數(shù)據(jù)進行無損壓縮,實現(xiàn)從海子山到高能所的實時數(shù)據(jù)傳輸。
拉索項目首席科學(xué)家曹臻表示,拉索在超高能伽馬射線探測靈敏度、甚高能伽馬射線巡天普查靈敏度和宇宙線能譜覆蓋范圍等方面均達到國際領(lǐng)先水平?!拔业囊粋€最重要的體會就是中國之所以現(xiàn)在很快地成功實現(xiàn)拉索這樣的大科學(xué)工程,跟我們國家現(xiàn)在有一套完備的工業(yè)體系是密不可分的。幾乎只有中國可以做到這一點,完全不靠別人的支持,想到的問題(都)能夠在國內(nèi)找到解決方案。這個是非常不容易的?!?/p>
拉索建設(shè)期間即開展觀測,科學(xué)成果也持續(xù)產(chǎn)出,已經(jīng)取得多項突破性的重大科學(xué)成果:拉索在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量超高能宇宙加速器候選天體,并記錄到人類觀測到的最高能量光子,開啟了“超高能伽馬天文學(xué)”時代;精確測定了標準燭光蟹狀星云的超高能段亮度,發(fā)現(xiàn)1千萬億電子伏伽馬輻射,挑戰(zhàn)理論極限。曹臻表示,基于目前的研究成果,未來拉索將在兩個方面繼續(xù)發(fā)展與探索:“未來的第一步,首先要提高拉索的空間分辨能力。第二就是我們現(xiàn)在看到的這些加速器,它在發(fā)出伽馬光的同時,還會伴生地發(fā)出來中微子;未來要去做中微子的探測。這個涉及到更大規(guī)模的實驗裝置的考慮,可能就是未來10年、20年一直要往這個方向去奮斗去努力。”
目前,已有28個天體物理研究機構(gòu)成為拉索的國際合作組成員單位。合作組利用拉索觀測數(shù)據(jù)開展粒子天體物理研究,同時進行宇宙學(xué)、天文學(xué)、粒子物理學(xué)等眾多領(lǐng)域基礎(chǔ)研究。拉索將成為以中國為主、多國參與的國際宇宙線研究中心,借助高海拔伽馬天文、宇宙線的觀測優(yōu)勢,成為獨具特色、綜合開放的科學(xué)研究平臺。中科院高能物理研究所副所長董宇輝表示:“我們將會圍繞這一個大科學(xué)裝置,堅持做好開放共享,通過這個裝置聚集國內(nèi)外優(yōu)秀的科學(xué)家,充分利用好觀測數(shù)據(jù),開展物理研究,取得豐碩的物理成果,提升我國在粒子天體物理方面的觀測研究水平和我們的國際地位?!?/p>
引自國際在線2023.5.11版 原地址:https://news.cri.cn/2023-05-11/880b91e5-3187-ef52-783d-c9a1df3627ab.html