在浩渺無(wú)垠的太空深處，存在著大量來(lái)自宇宙空間的高能粒子，它攜帶著物理學(xué)家終其一生渴望揭開(kāi)的關(guān)于宇宙中遙遠(yuǎn)星體的奧秘，以接近光速的速度飛行，像雨點(diǎn)一樣散落在地球上，留下來(lái)自宇宙的蛛絲馬跡。

為了收集“宇宙線雨”，探究宇宙起源、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，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所在四川省甘孜州稻城縣平均海拔4410米的海子山上，修建了以宇宙線觀測(cè)研究為核心的大型高海拔宇宙線觀測(cè)站：LHAASO（Large High Altitude Air Shower Observatory），譯為“拉索”，在藏語(yǔ)中，拉索主要用作敬語(yǔ)，表示好事的發(fā)生或勝利?！?018年，拉索開(kāi)始建設(shè)，2023年5月順利通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，投入正式運(yùn)行，再加上前期的預(yù)先研究，至今這個(gè)項(xiàng)目已持續(xù)了十多年?！敝袊?guó)科學(xué)院高能物理研究所副研究員、拉索合作組成員李驄說(shuō)。

十多年的運(yùn)行期間，拉索誕生了一系列突破性科研成果。2024年，一項(xiàng)來(lái)自拉索的成果再次震驚科研界。學(xué)家利用拉索在天鵝座恒星形成區(qū)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)巨型超高能伽馬射線泡狀結(jié)構(gòu)，并從中找到了能量高于1億億電子伏宇宙線起源的候選天體。這是迄今人類能夠定位的第一個(gè)超級(jí)宇宙線加速源。相關(guān)成果于2月26日在學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)通報(bào)》以封面文章形式發(fā)表。國(guó)際公認(rèn)，至少未來(lái)10年的超高能伽馬射線天文學(xué)研究屬于中國(guó)的拉索。

探秘宇宙線

天高地迥，覺(jué)宇宙之無(wú)窮。宇宙中的奧秘那么多，我們?yōu)槭裁匆芯坑钪婢€？

宇宙線又被稱作“銀河隕石”，或者叫作傳遞宇宙大事件的“信使”，主要由氫核、氦核、鐵核等多種元素的原子核組成，并包括少量正負(fù)電子，是人類目前能從宇宙深處獲得的唯一物質(zhì)樣本。

1912年，宇宙線被奧地利科學(xué)家赫斯發(fā)現(xiàn)。110多年來(lái)，宇宙線相關(guān)探索研究已產(chǎn)生數(shù)枚諾貝爾獎(jiǎng)牌，但依然有眾多謎題待解，宇宙線起源被國(guó)際物理學(xué)界列為“新世紀(jì)11個(gè)科學(xué)問(wèn)題”之一?！岸嗄陙?lái)，人類發(fā)明了對(duì)撞機(jī)這一現(xiàn)代科學(xué)中最龐大、最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備之一，利用它人類可以加速帶電粒子，但是宇宙線的能量其實(shí)比人類發(fā)明的加速器加速的粒子能量要高很多，可能上億倍或者更高量級(jí)?！崩铗嬚f(shuō)。

宇宙線為何這么難以捕捉？

事實(shí)上，高能宇宙線的能量跨度為109～1020電子伏特，能量越高的宇宙線，代表著越劇烈的宇宙活動(dòng)。但是，能量越高的宇宙線就越稀少?！按送猓覀兊你y河系中存在磁場(chǎng)，宇宙線多為帶電粒子，受到磁場(chǎng)的影響，它們?cè)趥鬏數(shù)降厍虻倪^(guò)程中會(huì)有所偏轉(zhuǎn)，等到達(dá)地球時(shí)早已失去了原初的方向信息，所以無(wú)法反推它源自何方?！崩铗嫿忉屨f(shuō)。

盡管尋找宇宙線來(lái)源困難重重，但中國(guó)的科學(xué)家從未放棄努力。

從羊八井到海子山

時(shí)間追溯到2008年。

這一年，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員曹臻接到通知：國(guó)家在開(kāi)展“十二五”大科學(xué)裝置規(guī)劃，你們可以考慮提出一個(gè)大的宇宙線項(xiàng)目。

雖然我國(guó)的宇宙線研究早在1949年就已經(jīng)開(kāi)始，但直到20世紀(jì)70年代，實(shí)驗(yàn)室才進(jìn)入“可用的狀態(tài)”。20世紀(jì)80年代，留學(xué)日本的中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員譚有恒在見(jiàn)到日本先進(jìn)的綜合性空氣簇射陣列后，產(chǎn)生了在中國(guó)建設(shè)世界級(jí)宇宙線觀測(cè)基地的想法。1989年，譚有恒等人提出在西藏建立第一代伽馬天文學(xué)探測(cè)基地——羊八井宇宙線國(guó)際觀測(cè)站。自此，我國(guó)開(kāi)始在西藏羊八井國(guó)際宇宙線觀測(cè)站與日本的合作，但因?yàn)楫?dāng)時(shí)我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平不足，整個(gè)研究幾乎被日方主導(dǎo)。

為了打破國(guó)外的技術(shù)限制，打造屬于中國(guó)的以宇宙線觀測(cè)研究為核心的大科學(xué)裝置，2009年中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所提出建設(shè)大型高海拔宇宙線觀測(cè)站——拉索?！?012年，我還在云南大學(xué)讀大四的時(shí)候，就有幸接觸到了拉索項(xiàng)目并開(kāi)始參與繆子探測(cè)器的預(yù)先研究工作，之后2013年我來(lái)到中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所，師從拉索項(xiàng)目副經(jīng)理兼總工藝師何會(huì)海研究員從事科研工作，并正式加入拉索合作組?！崩铗嬚f(shuō)。

2018年，拉索開(kāi)始正式投入建設(shè)。彼時(shí)，27歲的李驄作為繆子探測(cè)器現(xiàn)場(chǎng)安裝組的組長(zhǎng)，帶領(lǐng)一支小團(tuán)隊(duì)幾乎每年都要花費(fèi)兩到三個(gè)月的時(shí)間，前往現(xiàn)場(chǎng)參與相關(guān)工程實(shí)踐?！白铋_(kāi)始的時(shí)候，我們主要在西藏羊八井測(cè)試單個(gè)探測(cè)器的性能，后邊單個(gè)探測(cè)器沒(méi)有問(wèn)題了，就會(huì)去四川稻城海子山進(jìn)行批量安裝。”

海子山為雅礱江和金沙江的分水嶺，系橫斷山脈—沙魯里山脈山峰，平均海拔為4410米。那里地貌復(fù)雜，高寒缺氧，每當(dāng)上山進(jìn)行探測(cè)器安裝時(shí)，團(tuán)隊(duì)成員都要經(jīng)受難以承受的身體和精神煎熬。“2018年我們上山安裝時(shí)，就遇到了現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與預(yù)期不符的問(wèn)題。由于當(dāng)時(shí)已經(jīng)是10月，工期又比較緊，我們必須抓緊一切時(shí)間投入工作，早上九十點(diǎn)上山，晚上10點(diǎn)左右可能還沒(méi)下來(lái)，天氣不好遇到大雪封山更是家常便飯，就這樣連續(xù)奮戰(zhàn)了一個(gè)月，終于把問(wèn)題解決了?！崩铗嬚f(shuō)。

如今，拉索這個(gè)以宇宙線觀測(cè)研究為核心的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施矗立在海子山上，為世界矚目。

從高空俯瞰，拉索像是一枚外圓內(nèi)方的“銅錢”。中間主體建筑像一個(gè)“品”字，主要由78000平方米的水切倫科夫探測(cè)器陣列組成，是世界上面積最大的人工水體探測(cè)器，相當(dāng)于6個(gè)足球場(chǎng)大小，其純凈水體為35萬(wàn)噸，相當(dāng)于190個(gè)標(biāo)準(zhǔn)泳池水量。圍繞著“品”字，有1188個(gè)土堆，這是繆子探測(cè)器。土堆空隙處，點(diǎn)綴著5216個(gè)電磁粒子探測(cè)器，為防日曬雨淋，上面罩著白布或綠布；在這片廣袤場(chǎng)地的一角，還有18臺(tái)廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡時(shí)刻進(jìn)行著宇宙觀測(cè)。

“拉索”從建設(shè)期間就開(kāi)展觀測(cè)，之后的成果涌現(xiàn)與技術(shù)突破猶如“雨后春筍”。

2021年5月17日，拉索國(guó)際合作組在《自然》發(fā)表成果。他們?cè)阢y河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量超高能宇宙加速器，推翻了曾經(jīng)被廣為認(rèn)可的“能量截?cái)唷?，由此開(kāi)啟“超高能伽馬天文學(xué)”時(shí)代。

不到兩個(gè)月后，他們又在《科學(xué)》雜志上發(fā)表成果，精確測(cè)量高能天文學(xué)標(biāo)準(zhǔn)燭光的亮度，挑戰(zhàn)高能天體物理中電子加速的“標(biāo)準(zhǔn)模型”。

2023年6月9日，拉索對(duì)命名為GRB 221009A的迄今最亮伽馬射線暴的最新觀測(cè)研究成果，在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志，首次完整記錄了大質(zhì)量恒星死亡瞬間萬(wàn)億電子伏特伽馬射線爆發(fā)全過(guò)程。多年來(lái)，拉索不斷用它的科研成果將世界征服。

從落后到領(lǐng)跑

曾幾何時(shí)，拉索建設(shè)之初并不受世界矚目。拉索項(xiàng)目組成員在參加一些國(guó)際會(huì)議時(shí)，國(guó)際同行基本上都持有一種懷疑的態(tài)度，不相信中國(guó)能夠成功建成這一世界級(jí)科研項(xiàng)目。然而，中國(guó)拉索合作組成員，用行動(dòng)和實(shí)力證明了我國(guó)科研技術(shù)發(fā)展水平?！袄鹘ǔ芍?，我們?cè)偃?guó)外作報(bào)告，發(fā)現(xiàn)大家的態(tài)度就不一樣了，從開(kāi)始的質(zhì)疑、懷疑到慢慢比較認(rèn)可、期待，都與我國(guó)科研人員十幾載的奮斗與努力脫不開(kāi)關(guān)系。”李驄說(shuō)。

現(xiàn)如今的拉索與世界同類裝置相比，它海拔最高、規(guī)模最大、靈敏度最強(qiáng)。目前，“拉索”面向國(guó)內(nèi)外全面開(kāi)放共享，已有28個(gè)天體物理研究機(jī)構(gòu)成為其國(guó)際合作組成員單位。未來(lái)，拉索還將在包括宇宙線起源、伽馬暴、伽馬射線暴及黑洞物理等領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)光發(fā)熱，將我國(guó)的天體物理發(fā)展推向新的高度。

大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)，是科學(xué)技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。如今，中國(guó)的拉索已經(jīng)成為世界各國(guó)競(jìng)相超越的目標(biāo)。“未來(lái)，歐洲和美國(guó)要在南半球建設(shè)一個(gè)跟拉索類似的實(shí)驗(yàn)裝置，我們面臨的挑戰(zhàn)還有很多?！崩铗嬚f(shuō)。今后，隨著更多新生力量加入拉索合作組，他相信中國(guó)在天體物理領(lǐng)域還有更大突破，中國(guó)科學(xué)家與宇宙線之間的故事還將未完待續(xù)。