從中國科學院獲悉，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觀測。
據(jù)高海拔宇宙線觀測站項目首席科學家曹臻介紹，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、美的科學決策機構(gòu)提出的6個或11個基礎(chǔ)科學難題中位列前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)科學的研究。具體科學目標為：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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