中日合作的宇宙線廣延大氣簇射(即EAS)探測陣列由近800個分布在近4萬平方米地面的閃爍探測器組成,整齊有序,猶如冷兵器時代臨戰(zhàn)的兵馬陣列。這座陣列1994年只有45個閃爍探測器,經(jīng)過三期大的擴建,現(xiàn)在已經(jīng)達到近800個。
“地毯”
雖然事先從資料獲知:“所謂宇宙線是來自宇宙深處的高能粒子流,并且攜帶著宏觀宇宙、微觀世界與空間環(huán)境的信息,對于科學家來說堪稱自動上門的宇宙物質(zhì)樣品?!钡谝姷侥暧馄呤目茖W家譚有恒之前,我們對于什么是宇宙線仍然懵懂。
在古代世界,也許在人的渺小與空間的遼闊之間產(chǎn)生了巨大落差,使人們想到用神話來彌補——在羊八井宇宙線觀測站,一座中意合作的實驗大廳便用希臘神話中巨怪“ARGO”的名字來命名。最初,我們以為這頭百眼巨怪可以作為巨型望遠鏡的隱喻,但是它有更具體的含義,一般的望遠鏡只能觀看一個領(lǐng)域, “ARGO”則是寬視場和全天候的,它觀看的范圍不僅更大,并且像巨怪永遠不會全部閉上的一百只眼睛一樣,24小時不會休息。在這座巨大的高山實驗廳里,地面上一片銀色的探測器構(gòu)成全覆蓋地毯式EAS陣列,工作人員平時便直接稱呼其為“地毯”。在中文里,把EAS陣列稱作“宇宙線廣延大氣簇射”探測陣列,就像為從天而降的宇宙線帶電粒子主動準備的傳感器,其作用是感知宇宙線的到來。
“地毯”上面架設(shè)的木板作為陣列中的步行通道。當我們踩著木板跟隨譚有恒置身于“ARGO”內(nèi)部,仿佛進入科幻電影中某個復雜陌生的空間?!癆RGO”大廳全部用輕質(zhì)、高保溫的聚氨脂彩鋼夾心板建成,在不用空調(diào)的情況下,保證探測器工作狀態(tài)長期穩(wěn)定,不受到高海拔強烈的日夜溫差對室內(nèi)溫度的影響。
要對“地毯”的作用進行一番交代不是件輕松的事。我們眼前遍布地面的銀色探測器,即是被稱為RPC的“高阻平板粒子探測室”,這是一種用高電阻物質(zhì)制成的厚僅2毫米的氣體室,帶電的宇宙線粒子穿過它時,將電離其路徑上的室內(nèi)氣體,從而在7000伏的均勻電場的加速下,形成氣體放大并產(chǎn)生流光,這樣就能在相應(yīng)位置的“感應(yīng)讀出塊”或“讀出條”上,獲取一個快速脈沖信號,從而得到在此相應(yīng)位置入射的EAS簇射粒子數(shù)目,以及到達的時間。在“地毯”全陣,安置著各種信息通道近15萬路,硬件上對其進行分區(qū)管理。把每12個RPC劃作一個組,歸一個“地方站”來管理。這樣一個組內(nèi)任何“讀出條”或“讀出塊”所獲得的宇宙線帶電粒子通過的訊息,都會立即被送入相應(yīng)的地方站進行測量和緩存,再由中央指令統(tǒng)一送往中心站。全“地毯”所有這些信號都要匯集到中心站加以整理,這樣在羊八井高處,一個具體的EAS幾乎所有帶電粒子時空分布的原始數(shù)據(jù),就會被較完整地記錄下來,這整個工作過程完全是自動的。
在EAS陣列的心臟位置是數(shù)據(jù)采集中心站,工作人員陳文一坐在這里時,被包圍在電纜與機器中間的他顯得尤其孤寂瘦弱。自154個地方站來的信息在中心站的管理下,有序地匯集到這里,對號入座地存儲在專用存儲插件AMB板(Argo Memory Board)中;數(shù)據(jù)經(jīng)過整理后再按照一定格式,編輯成“EAS事例”,送往控制室并且寫入專用的索尼高密磁帶,或者經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng),迅速傳往北京的高能所數(shù)據(jù)中心。
譚有恒說,可以把“ARGO”看作仿佛具有生命,因為它能夠自動感覺與傳輸,并且時刻不停息地監(jiān)測天空。
最佳環(huán)境
我們提出到小鎮(zhèn)上走走,工作人員陳文一提醒我們,下午3點半是這里每天開始刮風的時間。從1991年建站不久,陳文一就到羊八井觀測站工作至今。由于譚有恒需要一個可信賴的人在站里長期留守,當年高考失利后的四川廣安老鄉(xiāng)陳文一到了羊八井。直到目前,陳文一仍未成為中科院的正式員工。羊八井鎮(zhèn)上幾乎所有人都認識陳文一,由于時常有其他國家的科學家到羊八井工作一個時期,他逐漸也能夠用英語同對方進行基本交流。
當我們走在小鎮(zhèn)惟一的一條街道上時,時間到了3點半,羊八井小學的上學鐘也開始敲響。氣溫開始降低,風開始刮起來。從甜茶館傳出聲聲震耳的藏語版濟公歌。路邊有許多正在修建的房屋,鑿石聲充斥我們的耳朵,由于用來修建藏式房屋的花崗石有放射性,有的房屋正在刷上一層厚泥。在沒有修建房屋的地方,人們也用石灰畫出了一塊塊地基,表示自己待用的領(lǐng)地。摩托車轟鳴著來來往往。這里的小百貨商店還保持著80年代供銷社的氛圍。在這條街道上可以看到的最顯眼的建筑,是已經(jīng)廢棄的象牙黃色的大禮堂,修建并使用于80年代,現(xiàn)在它的內(nèi)部是空寂的舞臺與一排排殘破的觀眾席,以及鳥類的撲翅聲和從天頂射下來的一道道光束。
因為有宇宙線觀測站和地熱電站的存在,小生意商人和一部分牧民聚集到這里,逐漸形成了羊八井鎮(zhèn)。當?shù)氐牟刈迦税延^測站叫做“實驗室”,但不了解是“實驗”什么的,有的人隱隱約約知道它“和宇宙有關(guān)”。平時,牧民的牛羊就自由出入于露天的中日合作閃爍探測器陣列,并且從未發(fā)生過牲畜破壞探測器的事情。陳文一說,就好像牛羊自己意識到這些東西是它們不該碰的一樣。羊八井既有耕種也有放牧,由于觀測站沒有圍墻,不論是農(nóng)民還是牧民,都可以在工作時,從許多角度望見這些白色的立方體,在雪山前面的平原上整齊地擺放,反射著亮光。初到西藏,乘坐火車經(jīng)由青藏鐵路路過這里的過客,也許會把遠處這些白色的細點誤認為羊群。
由于宇宙線能量分布極為寬闊,最高可達到最大人工加速器的十萬倍以上。但是能量越高就越稀少,對于超高能宇宙線的探測,尺度小的空間探測器就無能為力,所以使用巨型地面探測陣列是必然之選。最初是譚有恒的朋友及同行,日本科學家湯田對他提到羊八井,向他描述了一番這里的地形優(yōu)勢與宜人氣候。1984年選址考察時,譚有恒曾經(jīng)考慮過的地方還有那曲、浪卡子等地。高至4300米的羊八井盆地,寬闊平坦的場地正好適于建設(shè)大規(guī)模的探測器陣列,并且氣候溫和,有國道、青藏鐵路和通訊光纜在近旁通過,與地熱電廠和中國電訊等單位、以及數(shù)千居民為鄰——這對于科研人員來說,意味著可以在這里正常生活,不需要像世界上其他的高山站那樣,要忍受非常態(tài)的生存環(huán)境。目前世界上的高山站多半地勢陡峻,而且氣候嚴酷,往往孤守在面積狹窄的山脊或者山頂,沒有就近的交通、能源與通訊設(shè)施,科學家在那里工作和生活面臨極大的困難與高昂的成本,更重要的是,無法在那里建設(shè)比較大的硬件設(shè)施。
與日本、意大利等國家的合作,使羊八井宇宙線觀測站的建立與生存成為可能,這種與國際合作為主要途徑的方式,也許可以為其他試圖開發(fā)與建設(shè)科學項目的人們帶來啟迪。在與譚有恒同時期申報的項目中,羊八井觀測站是惟一成功的一個。
目前譚有恒正在與西藏音像出版社合作,制作一部關(guān)于羊八井宇宙線觀測站的科普片。這位仍然顯得精力充沛的長者,準備把精力從研究轉(zhuǎn)移到科普上。在與我們的談話中,他對于向?qū)τ钪婢€完全無知的我們講解時從不顯得厭倦。他的一個設(shè)想是,希望在羊八井建立一座面向全世界開放的天文科普中心,讓全世界的人們到這里來了解宇宙。如果這個設(shè)想成真,那么我們可以想象這樣一幅圖景:許許多多的人到達羊八井,一邊浸泡著地熱溫泉,一邊觀賞著頭頂盛大而清晰的高原星空。