從中國(guó)科學(xué)院獲悉，國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——高海拔宇宙線觀測(cè)站(LHAASO)首批探測(cè)器日前投入科學(xué)觀測(cè)。
據(jù)高海拔宇宙線觀測(cè)站項(xiàng)目首席科學(xué)家曹臻介紹，宇宙線是來(lái)自宇宙空間的高能粒子，攜帶著宇宙起源、天體演化、太陽(yáng)活動(dòng)及地球空間環(huán)境等重要科學(xué)信息，被稱為傳遞宇宙大事件的“信使”。研究宇宙線及其起源是人類探索宇宙的重要途徑。
LHAASO是我國(guó)“十二五”期間立項(xiàng)建設(shè)的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，該裝置由電磁粒子探測(cè)器(ED)陣列、繆子探測(cè)器(MD)陣列、水切倫科夫探測(cè)器陣列(WCDA)、廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列(WFCTA)等組成。其主要科學(xué)目標(biāo)為，探索高能宇宙線起源，開(kāi)展相關(guān)的宇宙演化、高能天體演化和暗物質(zhì)的研究。
LHAASO主體工程于2017年6月在海拔4410米的四川省稻城縣海子山啟動(dòng)，其探測(cè)器陣列設(shè)計(jì)為三個(gè)部分：由5195個(gè)電磁粒子探測(cè)器和1171個(gè)繆子探測(cè)器組成的地面簇射粒子陣列;78000平方米水切倫科夫探測(cè)器，分為3000個(gè)探測(cè)單元;12臺(tái)廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡。
項(xiàng)目采用邊建設(shè)邊運(yùn)行的模式，此次投入科學(xué)觀測(cè)的探測(cè)器包括由1800個(gè)探測(cè)器組成的、靈敏面積達(dá)22500平方米的一號(hào)水切倫科夫探測(cè)器陣列，兩臺(tái)廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡，180臺(tái)電磁粒子探測(cè)器和80個(gè)繆子探測(cè)器。
其中，水切倫科夫探測(cè)器陣列是觀測(cè)陣列的主要科學(xué)設(shè)施，每天都能夠?qū)?0%以上的天區(qū)進(jìn)行一次掃描，不受日、月、星光及天氣條件的影響，實(shí)現(xiàn)全天候的觀測(cè)，每年將探測(cè)到5萬(wàn)億個(gè)宇宙線事例，獲取4PB以上的觀測(cè)數(shù)據(jù)。本次投入觀測(cè)的一號(hào)陣列，其巡天靈敏度比國(guó)際上最高靈敏度的同類裝置高出30%，可以在伽馬暴高能輻射探測(cè)、銀河系外耀變?cè)刺綔y(cè)與觀測(cè)、銀河系內(nèi)伽馬射線源的深度觀測(cè)等方面與國(guó)際同類實(shí)驗(yàn)展開(kāi)合作研究。
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宇宙線與LHAASO
作為太陽(yáng)系以外唯一的物質(zhì)樣本，宇宙線以及它們的起源是人類探索宇宙及其演化的重要途徑。在1912年宇宙線被發(fā)現(xiàn)之后的一百年間，與之相關(guān)的探索與研究已經(jīng)產(chǎn)生了數(shù)枚諾貝爾獎(jiǎng)牌，但人類始終沒(méi)有發(fā)現(xiàn)宇宙線的起源，這一問(wèn)題也在歐、美的科學(xué)決策機(jī)構(gòu)提出的6個(gè)或11個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)難題中位列前5。
高海拔宇宙線觀測(cè)站(LHAASO)正是瞄準(zhǔn)這一重大科學(xué)難題而提出的。
高山實(shí)驗(yàn)是宇宙線觀測(cè)研究中能夠盡可能減小大氣層的吸收效應(yīng)的地面探測(cè)手段，其規(guī)模可以遠(yuǎn)大于大氣層外的天基探測(cè)器，成為甚高能和超高能伽馬天文和宇宙線觀測(cè)必不可少的研究手段。
LHAASO選址于四川稻城海子山平均海拔為4410米的高地，核心科學(xué)目標(biāo)是探索高能宇宙線起源并開(kāi)展相關(guān)的高能輻射、天體演化甚至于暗物質(zhì)分布等基礎(chǔ)科學(xué)的研究。具體科學(xué)目標(biāo)為：第一，探索高能宇宙線起源。通過(guò)精確測(cè)量高能伽馬源寬范圍能譜，研究高能輻射源粒子的特征，探尋銀河系內(nèi)重子加速器存在的證據(jù)，在發(fā)現(xiàn)宇宙線源方面取得零的突破;精確測(cè)量宇宙線能譜和成分，研究宇宙線加速和傳播機(jī)制。第二，開(kāi)展全天區(qū)伽馬源掃描搜索，大量發(fā)現(xiàn)新伽馬源，特別是河外源，積累各種源的統(tǒng)計(jì)樣本，探索其高能輻射機(jī)制，包括產(chǎn)生強(qiáng)烈時(shí)變現(xiàn)象的機(jī)制，研究以超大質(zhì)量黑洞為中心的活動(dòng)星系核的演化規(guī)律，捕捉宇宙中的高能伽馬暴事例，探索其爆發(fā)機(jī)制。第三，探尋暗物質(zhì)、量子引力或洛侖茲不變性破壞等新物理現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)新規(guī)律。
記者齊芳
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