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大科学工程“拉索”启动宇宙线观测

作者: 李大庆 来源:科技日报
2019-04-29 08:22 

原标题:大科学工程“拉索”启动宇宙线观测

4月26日,高海拔宇宙线观测站(LHAASO)科学观测启动仪式在四川成都举行。项目首席科学家、中科院高能物理所研究员曹臻宣布:高海拔宇宙线观测站科学观测正式启动。经过近两年的建设,这个全世界同类装置中灵敏度最高的探测器,开始了它的巡天征程。

高海拔宇宙线观测站是“十二五”期间启动的国家重大科技基础设施项目,系我国自主研发。它由电磁粒子探测器阵列、缪子探测器阵列、水切伦科夫探测器阵列、广角切伦科夫望远镜阵列等组成。

曹臻告诉科技日报记者,宇宙线是地球上存在的太阳系以外唯一的物质样本。自1912年宇宙线被发现以来,人类始终没有找到其起源,许多基础的科学问题解决不了。

高能的宇宙线粒子进入地球大气层后,会和大气中的原子核,例如氮或氧的原子核发生相互作用,粒子就像炮弹一样把原子核打碎。其结果是这个原子核和炮弹一起会变成一堆次级粒子。这些次级粒子仍然携带着很高的能量,继续与大气中的原子核发生同样的相互作用,又把别的原子核打碎,产生了更次级的粒子。如此重复十几次,这是一个指数增长的过程,产生许多次级粒子,最终次级粒子数可达百亿,在空气中像一场粒子“阵雨”瞬间散布在数平方公里的地面上。

中科院高能物理所研究员何会海告诉记者,当粒子“阵雨”发生时,只要一个粒子打到探测器上,探测器就弱弱地闪一下。如果几十个、几百个探测器同时闪了一下,科学家就知道天上来了一个能量非常高的粒子。

LHAASO的科学目标是:通过探测器探索高能宇宙线的起源;开展全天区伽马源扫描搜索,捕捉宇宙中的高能伽马射线源和伽马暴事件并探索其辐射和爆发机制。

LHAASO的主体工程于2017年6月在四川稻城县海拔4410米的海子山开始建设,计划4年完工。项目采用了边建设边运行的模式。此次投入科学观测的探测器包括由1800个探测器组成的、灵敏面积达22500平方米的一号水切伦科夫探测器阵列,两台广角切伦科夫望远镜,180台电磁粒子探测器和80个缪子探测器。

水切伦科夫探测器阵列是观测阵列的主要科学设施之一。它可以达到全天候观测,不受日、月、星光及天气条件的影响。其工作原理是:在巨大的水池中灌入极其干净的纯净水,并且把光电倍增管等设备置入水中。当宇宙线粒子通过水池时,设备会记录下它的信号,提供给科研人员进行分析。曹臻说,水切伦科夫探测器阵列每天都能对60%以上的天区做一次扫描,“预计每年将探测到5万亿个宇宙线事件,获取4PB以上的观测数据。”

清华大学教授崔伟告诉记者,现在开始用于科学观测的LHAASO一号水切伦科夫探测器阵列,其巡天灵敏度比国际上最高灵敏度的同类装置还高出30%。“我们可以在伽马暴高能辐射探测、银河系外耀变源探测与观测、银河系内伽马射线源的深度观测等方面与国际同类实验展开合作研究。”(李大庆)

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