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在小說《三體》中，三體人通過“智子”干擾人類粒子物理實驗，阻礙物理學的發展進程，導致了人類的科學危機。這一情節也從側面反映了粒子物理的重要性。

除了小說中提到的人為加速和對撞的方式，研究粒子物理，還有一個重要途徑就是觀測宇宙射線。在青藏高原上，有一個高海拔宇宙線觀測站，占地面積1.36平方公里，形似一個巨大“圓盤”，每天負責“捕捉”從外太空進入地球大氣層的“天外來客”——宇宙線粒子。通過觀測到達地球的宇宙線粒子、挖掘其中的信息，它把人類與宇宙連在了一起。

(資料圖)

5月10日，國家重大科技基礎設施高海拔宇宙線觀測站（LHAASO），簡稱“拉索”，順利通過國家驗收。

海拔最高規模最大靈敏度最強

2015年12月31日，國家發改委批復立項，建造新一代宇宙線觀測站，項目由中國科學院和四川省人民政府共建，中國科學院成都分院與中國科學院高能物理研究所承擔建設，建設周期4年。

拉索建在海拔4410米的海子山上，占地面積1.36平方公里，相當于190個足球場大小，是目前世界上海拔最高、規模最大、靈敏度最強的宇宙線觀測站。

我國為什么要建設這樣一個觀測站呢？這得從它的觀測對象——“宇宙線”說起。

宇宙線是來自宇宙的“天外來客”，是高能粒子流的總稱。1912年，奧地利物理學家維克多·赫斯意外發現了宇宙線，為探索宇宙奧秘提供了新線索。

“宇宙線攜帶著宇宙起源、天體演化、太陽活動及地球空間環境等重要科學信息，研究宇宙線及其起源是人類探索宇宙的重要途徑。”拉索項目首席科學家、中國科學院高能所研究員曹臻指出，宇宙線來自哪里，它們又是如何被加速到千倍于人類現有加速器之高的能量，一直是困擾科學家的問題，也是科學家們夢寐以求的探索方向。

探索宇宙線如此重要，但想要觀測到它們并且找到它們的源頭，可不是一件容易事！

宇宙線粒子進入大氣層后，就會與大氣中的氧或氮原子核發生碰撞引發“級聯反應”（也稱“簇射過程”）。曹臻向記者介紹，這就好比一場粒子“陣雨”，可在頃刻間散布在數平方公里的面積上；而在抵達地面的路途中，大氣層會“吞噬”一部分粒子“陣雨”。

“要想趕在大氣層‘吞噬’粒子‘陣雨’之前去捕捉到盡可能多的次級粒子，就需要在高海拔地區建設大規模的觀測站。”曹臻說。

為了實現這個目標，拉索在青藏高原搭起了一張“天網”：在1.36平方公里的面積內，擁有三大探測器陣列——由5216個電磁粒子探測器和1188個繆子探測器構成的一平方公里地面簇射粒子探測器陣列、78000平方米的水切倫科夫探測器陣列以及18臺廣角切倫科夫望遠鏡。

“憑借世界屋脊的海拔優勢，搭配這四種探測技術互相配合、優勢互補的復合測量，拉索成為目前世界上最靈敏的超高能伽馬射線探測裝置、世界上靈敏度最高的甚高能伽馬射線源巡天普查望遠鏡，以及能量覆蓋范圍最寬的超高能宇宙線復合式立體測量系統。”曹臻說。

邊建設邊運行，結出累累碩果

2017年，拉索主體工程動工。為克服環境對工程的影響、充分利用觀測資源，曹臻等人提出了“邊建設，邊運行”的思路。

“第一年，我們先建1/4，運行半年，然后再建1/4，湊成1/2，再運行半年。”讓曹臻意想不到的是，到2020年，僅建成1/2規模的拉索，用不到一年的觀測數據就取得了斐然的成果：通過探測落在地球上的伽馬光子，拉索發現了12個超高能伽馬射線源，這一成果于2021年5月17日發表在《自然》雜志上。

這一成果意味著什么？

“這個發現開啟了‘超高能伽馬天文學’時代。”曹臻向記者介紹，此前科學家認為銀河系內的宇宙線加速器的能量極限在0.1PeV附近，并且伽馬射線能譜在0.1PeV以上有“截斷”現象；而此次被拉索觀測到的源都具有0.1PeV以上的伽馬輻射，也叫“超高能伽馬輻射”，這表明銀河系內遍布拍電子伏加速器。

“這完全突破了曾經預測的‘極限’，證實大多數源沒有截斷。科學家們也需要重新認識銀河系高能粒子的產生、傳播機制，探索極端天體現象及其相關的物理過程并在極端條件下檢驗基本物理規律。”曹臻表示，隨著拉索的建成和持續不斷的數據積累，可以預見這一探索極端天體物理現象的最高能量天文學研究將給我們展現一個充滿新奇現象的未知“超高能宇宙”。

一個多月后的7月9日，《科學》雜志上出現了來自拉索的另一項研究成果：科研人員利用拉索，精確測量了高能天文學標準燭光——蟹狀星云的亮度，在更廣的能量范圍內為超高能伽馬光源測定了新標準，并由此確定在大約僅為太陽系1/10大小的星云核心區內，存在能力超強的粒子加速器，直逼經典電動力學和理想磁流體力學理論所允許的加速極限。

“這一次拉索測量了蟹狀星云輻射的最高能量端能譜，覆蓋了從0.5萬億到1100萬億電子伏寬廣的范圍，不但確認了此范圍內其他實驗幾十年的觀測結果，還精確測量了前所未有的超高能區，即從300萬億至1100萬億電子伏的能區。”曹臻告訴記者，這項成果為該能區標準燭光設定了亮度標準，此后該領域的實驗必須以拉索此次測量結果為“尺”進行對標。

捷報頻傳。2022年10月9日21點17分（北京時間），拉索、“慧眼”衛星（Insight-HXMT）和“極目”空間望遠鏡（GECAM-C）同時探測到迄今最亮的伽馬射線暴（編號GRB 221009A），這是我國首次實現對伽馬射線暴的天地多手段聯合觀測。

“這是一個驚人的發現！大家做了一個估算，在這么高能量、這么近的距離，能夠發現一個剛爆的伽馬射線暴，大概1000年才會出現一次。”談及這次伽馬射線暴，北京大學物理學院教授馬伯強非常激動，“這次觀測結果有可能關聯到新物理，包括沒有被人類證實存在的軸子，以及一些沒有被觀測的惰性中微子，為進一步探索提供了可能。”

曹臻告訴記者，本次拉索探測到的最高光子能量超過10萬億電子伏，將伽馬射線暴光子最高能量紀錄提升十多倍，在國際上首次打開10萬億電子伏波段的伽馬射線暴觀測窗口。而且，這次拉索在千億電子伏以上的甚高能區記錄到幾萬個光子信號，將給出伽馬射線暴最高能段的光變曲線最精細的測量，這對于揭示伽馬射線暴的爆發機制具有重要價值。

未來希望在南半球建更大“拉索”

“沿著拉索的發現，未來還有可能在伽馬天文、宇宙射線領域繼續產生重大成果，甚至對中微子探測的發展方向都會產生重大影響。”對于拉索的“不菲戰績”，曹臻欣喜地表示。

談到未來的規劃，曹臻表示，拉索團隊計劃在已有的4種探測器陣列之外，將再新增一個由32臺望遠鏡組成的新陣列(LACT)。“這個陣列建好之后，拉索相當于又增加了一雙‘火眼金睛’，將具有超高能宇宙線發射位置的識別能力，有望進一步逼近最終的答案。”

如何最大化地利用和分析拉索獲取的寶貴數據也是關鍵。

今年2月13日，我國宇宙線研究的“最強大腦”——天府宇宙線研究中心落戶成都天府新區。“研究中心分設宇宙線研究室、探測技術研究室、高海拔觀測及驗證實驗室，為拉索提供技術、實驗方面的支撐，并且深入開展拉索數據的科學分析工作。”曹臻表示，未來天府宇宙線研究中心將成為“拉索的大本營”和全球宇宙線研究的高地。

在依托拉索開展宇宙線研究的同時，中國第四代、第五代宇宙線研究者將走向世界，參與南天大視場伽馬射線天文臺（SWGO）的醞釀工作。三個月前，來自10余個國家超過80個研究單位組成的龐大研究組，已經在雄心勃勃地計劃，未來幾年內將在南半球建設一個大視場伽馬射線望遠鏡。

“現在，拉索只是在北半球看北天區，我們到南半球去建設一個類似拉索的項目，甚至比拉索的規模更大，那里有銀河系的主要部分。”曹臻講述著“中國造”大裝置的出海計劃。

曹臻透露，目前南半球項目正處于選址考察階段，“項目建成后，可以與位于北半球的拉索項目南北合作，進行包含銀心區域的近乎全天區的巡天掃描和時域天文研究。”