本报记者 刘苏雅
在平均海拔4410米的四川省稻城县海子山上，一座巨型探测器阵列占据了约1.36平方公里的土地，它聚焦来自宇宙的射线与地球大气碰撞引发的粒子衰变“阵雨”，将帮助科学家解密神秘的宇宙射线——国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站(LHAASO，拉索)日前顺利通过国家验收。优越的高海拔条件和先进技术优势，使其创下了三项世界之最。
观测来自宇宙的“阵雨”
时刻造访地球的宇宙线，是传递宇宙大事件的“信使”，其携带着宇宙起源、天体演化、太阳活动及地球空间环境等重要科学信息，但读懂这封“信”却颇为不易。当一束来自宇宙中的超高能光子射向地球，其遭遇地球大气时会和大气中的原子核撞击，化为一阵簇射粒子形成的“阵雨”。这个过程仅持续几十纳秒，很难被察觉。
“拉索”的建设，正是为了读懂这封“太空来信”，在高海拔地区建设观测站，能让科研人员赶在大气层吞噬粒子“阵雨”前，捕捉到更多的信息。
在海子山上，“拉索”建设起了三大阵列。1188个“土包”组成的圆形阵列上架设着缪子探测器，5216个电磁粒子探测器则分布在缪子探测器周围，相互配合组成了1平方公里地面簇射粒子探测器阵列。“拉索”正中心是水切伦科夫探测器阵列，这是一片占地78000平方米的纯净水水池，水底布置了国产巨型光电倍增管。18台广角切伦科夫望远镜组成的阵列则采用了新型硅光电管，让望远镜能够在月夜工作。
核心技术攻关实现世界之最
拥有三大阵列的“拉索”，能大范围搜集大气簇射后产生的次级粒子信息，反推出“阵雨”的源头——超高能粒子的性质，全方位、多变量地测量来自高能天体的伽马射线和宇宙线。
“在宇宙射线观测实验中，高山实验是一把利器。它能充分利用大气作为探测介质，在地面进行观测，探测器规模可远大于大气层外的天基探测器。”“拉索”首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员曹臻介绍，由于超高能量宇宙线数量稀少，采用大规模探测器是唯一观测手段。
在建设过程中，“拉索”实现了多项核心技术攻关。新型硅光电管首次在大视场成像切伦科夫望远镜中大规模使用，让有效观测时间成倍增长。技术人员让大面积、多节点、高精度时钟同步技术适应高海拔野外环境，将远距离同步精度提升到0.2纳秒，达到国际领先水平。设备观测阈则从3000亿电子伏降低到700亿电子伏，观测能力大大扩展。
借助“世界屋脊”的高海拔优势，“拉索”成为目前世界上最灵敏的超高能伽马射线探测装置、世界上灵敏度最高的甚高能伽马射线源巡天普查望远镜，以及能量覆盖范围最宽的超高能宇宙线复合式立体测量系统。
初运行就取得突破性成果
在初步运行期间，“拉索”就已经基于其超高的探测灵敏度，取得了多项突破性重大科学成果，发表的期刊论文累计已超过200篇。曹臻介绍，截至目前，“拉索”已在银河系内发现了大量超高能宇宙加速器候选天体，并记录到人类观测到的最高能量光子，开启了“超高能伽马天文学”时代。此外，它还精确测定了标准烛光蟹状星云的超高能段亮度，发现1千万亿电子伏伽马辐射，挑战理论极限。
投入运行后的“拉索”，将成为世界上重要的粒子天体物理支柱性实验之一，使我国在高能伽马射线天文领域的研究达到国际领先水平。它将对当今最重要的科学前沿课题——高能宇宙线起源问题发起冲击。
目前，已有28个天体物理研究机构成为“拉索”的国际合作组成员单位，合作开展粒子天体物理研究以及宇宙学、天文学、粒子物理学等众多领域基础研究。后续，“拉索”还将面向国内外全面开放共享。中科院高能所表示，“拉索”将成为以我国为主、多国参与的国际宇宙线研究中心，借助高海拔伽马天文、宇宙线的观测优势，成为独具特色、综合开放的科学研究平台。