從中國科學(xué)院獲悉，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——高海拔宇宙線觀測站(LHAASO)首批探測器日前投入科學(xué)觀測。
據(jù)高海拔宇宙線觀測站項目首席科學(xué)家曹臻介紹，宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子，攜帶著宇宙起源、天體演化、太陽活動及地球空間環(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“十二五”期間立項建設(shè)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，該裝置由電磁粒子探測器(ED)陣列、繆子探測器(MD)陣列、水切倫科夫探測器陣列(WCDA)、廣角切倫科夫望遠鏡陣列(WFCTA)等組成。其主要科學(xué)目標為，探索高能宇宙線起源，開展相關(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，其探測器陣列設(shè)計為三個部分：由5195個電磁粒子探測器和1171個繆子探測器組成的地面簇射粒子陣列;78000平方米水切倫科夫探測器，分為3000個探測單元;12臺廣角切倫科夫望遠鏡。
項目采用邊建設(shè)邊運行的模式，此次投入科學(xué)觀測的探測器包括由1800個探測器組成的、靈敏面積達22500平方米的一號水切倫科夫探測器陣列，兩臺廣角切倫科夫望遠鏡，180臺電磁粒子探測器和80個繆子探測器。
其中，水切倫科夫探測器陣列是觀測陣列的主要科學(xué)設(shè)施，每天都能夠?qū)?0%以上的天區(qū)進行一次掃描，不受日、月、星光及天氣條件的影響，實現(xiàn)全天候的觀測，每年將探測到5萬億個宇宙線事例，獲取4PB以上的觀測數(shù)據(jù)。本次投入觀測的一號陣列，其巡天靈敏度比國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、銀河系外耀變源探測與觀測、銀河系內(nèi)伽馬射線源的深度觀測等方面與國際同類實驗展開合作研究。
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宇宙線與LHAASO
作為太陽系以外唯一的物質(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)枚諾貝爾獎牌，但人類始終沒有發(fā)現(xiàn)宇宙線的起源，這一問題也在歐、美的科學(xué)決策機構(gòu)提出的6個或11個基礎(chǔ)科學(xué)難題中位列前5。
高海拔宇宙線觀測站(LHAASO)正是瞄準這一重大科學(xué)難題而提出的。
高山實驗是宇宙線觀測研究中能夠盡可能減小大氣層的吸收效應(yīng)的地面探測手段，其規(guī)模可以遠大于大氣層外的天基探測器，成為甚高能和超高能伽馬天文和宇宙線觀測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)目標是探索高能宇宙線起源并開展相關(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)目標為：第一，探索高能宇宙線起源。通過精確測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;精確測量宇宙線能譜和成分，研究宇宙線加速和傳播機制。第二，開展全天區(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)計樣本，探索其高能輻射機制，包括產(chǎn)生強烈時變現(xiàn)象的機制，研究以超大質(zhì)量黑洞為中心的活動星系核的演化規(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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