中國這個大科學裝置通過國家驗收 已經(jīng)創(chuàng)造三項世界之最

位于四川稻城海子山的大科學裝置高海拔宇宙線觀測站（英文縮寫LHAASO，中文昵稱“拉索”）。　中新社記者 孫自法　攝

中新網(wǎng)北京5月10日電 (記者 孫自法)從提出構(gòu)想到預研、設(shè)計、選址、立項、建設(shè)和建成運行，歷時13年多的中國國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——高海拔宇宙線觀測站(英文縮寫LHAASO，中文昵稱“拉索”)5月10日晚順利通過國家驗收，標志著這一大科學裝置開始向宇宙線起源的“世紀之謎”發(fā)起全面科研沖擊。

目前已創(chuàng)造三項“世界之最”

大科學裝置“拉索”的探測器。　中新社記者 孫自法 攝

“拉索”首席科學家、中科院高能所曹臻研究員介紹大科學裝置工程建設(shè)運行成果?！≈行律缬浾?孫自法 攝

中國科學院高能物理研究所(中科院高能所)介紹說，以宇宙線觀測研究為核心目標的大科學裝置“拉索”，于2015年底獲得國家發(fā)展和改革委員會批復立項，項目由中科院和四川省政府共建，中科院成都分院與中科院高能所承擔建設(shè)，建設(shè)周期4年。“拉索”主體工程2017年動工，2021年全部完成建設(shè)。在國家驗收之前，“拉索”項目已先后通過工藝、建安、財務(wù)、設(shè)備資產(chǎn)和檔案5個專業(yè)組驗收。

這次國家驗收委員會由20多位專家組成，通過對“拉索”實施嚴格驗收程序后，同意該項目通過國家驗收。驗收委員會認為，項目法人單位中科院成都分院和共建單位中科院高能所按期、全面、優(yōu)質(zhì)完成了國家發(fā)展和改革委員會批復的建設(shè)任務(wù)，各項指標達到或優(yōu)于批復的驗收指標?！袄鳌钡?/4規(guī)模探測裝置于2019年4月投入試運行，全規(guī)模探測裝置于2021年7月投入試運行，整體性能可靠，具備長期穩(wěn)定的科學運行能力。

驗收委員會表示，“拉索”充分利用特定地域4410米優(yōu)越的高海拔條件和先進技術(shù)優(yōu)勢，成為目前世界上最靈敏的超高能伽馬射線探測裝置、世界上靈敏度最高的甚高能伽馬射線源巡天普查望遠鏡，以及能量覆蓋范圍最寬的超高能宇宙線復合式立體測量系統(tǒng)?！袄鳌钡慕ǔ蛇\行，使之成為目前國際粒子天體物理三大實驗設(shè)施之一，對促進該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大原創(chuàng)突破、帶動前沿交叉相關(guān)學科發(fā)展和國際合作具有重要意義。

完成多項關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)

大科學裝置“拉索”的探測器?！≈行律缬浾?孫自法 攝

“拉索”總工藝師、中科院高能所何會海研究員介紹大科學裝置建設(shè)相關(guān)情況。　中新社記者 孫自法 攝

“拉索”位于四川省稻城縣海子山，平均海拔4410米，占地面積約1.36平方公里，由5216個電磁粒子探測器和1188個繆子探測器構(gòu)成的1平方公里地面簇射粒子探測器陣列、7.8萬平方米的水切倫科夫探測器陣列、18臺廣角切倫科夫望遠鏡等三大陣列組成?！袄鳌辈捎秒姶帕Ｗ印⒖娮?、水切倫科夫、廣角切倫科夫4種探測技術(shù)，可以全方位、多變量地測量來自于高能天體的伽馬射線和宇宙線。

中科院高能所“拉索”項目團隊表示，宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子，是人類探索宇宙的物質(zhì)樣本。通過自主創(chuàng)新和國際合作，“拉索”已完成多項關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，主要包括四個方面：一是首次在大視場成像切倫科夫望遠鏡中大規(guī)模使用新型硅光電管，改變了這類望遠鏡不能在月夜工作的傳統(tǒng)觀測模式，實現(xiàn)有效觀測時間的成倍增長。

二是發(fā)展基于“小白兔”技術(shù)即適應(yīng)4000米以上高海拔野外工況的大面積、多節(jié)點、高精度時鐘同步技術(shù)，遠距離同步精度提升到0.2納秒，達到國際領(lǐng)先水平。

三是采用中國國產(chǎn)20英寸超大型光電倍增管，并將時間響應(yīng)提高了3倍；把觀測閾能從3000億電子伏降低到700億電子伏，大大擴展了觀測能力。

四是在海量數(shù)據(jù)獲取技術(shù)上取得顯著進步，發(fā)展并實現(xiàn)“無觸發(fā)”數(shù)據(jù)獲取，對數(shù)據(jù)傳輸率高達4GB每秒的宇宙線事例實現(xiàn)“零死時間”觀測；采用特殊的數(shù)據(jù)篩選技術(shù)，對海量數(shù)據(jù)進行無損壓縮，實現(xiàn)從四川海子山到北京中科院高能所的實時數(shù)據(jù)傳輸。

獲多項突破性重大科學成果

中科院高能所“拉索”團隊科研人員緊盯大科學裝置運行情況?！≈行律缬浾?孫自法 攝

星空下的大科學裝置“拉索”?！≈行律缬浾?孫自法 攝

“拉索”團隊透露，基于超高的探測靈敏度，“拉索”在初步運行期間已取得多項突破性的重大科學成果：“拉索”在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量超高能宇宙加速器候選天體，并記錄到人類觀測到的最高能量光子，開啟了“超高能伽馬天文學”時代；“拉索”精確測定了“標準燭光”蟹狀星云的超高能段亮度，發(fā)現(xiàn)1千萬億電子伏伽馬輻射，挑戰(zhàn)理論極限。

同時，“拉索”建設(shè)期間即開展觀測，實現(xiàn)科學成果持續(xù)產(chǎn)出，截至目前，基于“拉索”項目發(fā)表的期刊論文累計215篇、會議論文156篇。

“拉索”項目還充分發(fā)揮中科院建制化研究的優(yōu)勢，依托大科學裝置開展觀測與理論研究，并面向中外全面開放共享，目前，已有28個天體物理研究機構(gòu)成為“拉索”的國際合作組成員單位。該國際合作組利用“拉索”觀測數(shù)據(jù)開展粒子天體物理研究，同時進行宇宙學、天文學、粒子物理學等眾多領(lǐng)域基礎(chǔ)研究。

隨著通過國家驗收投入正式運行，“拉索”也將成為以中國為主、多國參與的國際宇宙線研究中心，并借助高海拔伽馬天文、宇宙線的觀測優(yōu)勢，成為獨具特色、綜合開放的科學研究平臺。

中國宇宙線實驗研究經(jīng)歷三階段

大科學裝置“拉索”的探測器。　中新社記者 孫自法 攝

中科院高能所“拉索”團隊科研人員在大科學裝置控制室工作。　中新社記者 孫自法 攝

中科院高能所稱，中國的宇宙線實驗研究迄今已經(jīng)歷了三個階段：1954年，中國第一個高山宇宙線實驗室在云南東川海拔3180米的高山建成；1989年至2000年，在海拔4300米的西藏羊八井相繼啟動中日合作ASγ實驗、中意ARGO-YBJ實驗；2009年，在北京香山科學會議上，中科院高能所曹臻研究員提出在高海拔地區(qū)建設(shè)大型復合探測陣列“拉索”的完整構(gòu)想，這是中國第三代高山宇宙線觀測站。

“拉索”團隊表示，高山實驗?zāi)軌虺浞掷么髿庾鳛樘綔y介質(zhì)，在地面進行觀測，探測器規(guī)模可遠大于大氣層外的天基探測器。由于超高能量宇宙線數(shù)量稀少，采用大規(guī)模探測器是唯一觀測手段。經(jīng)過廣泛選址和實地踏勘調(diào)研，“拉索”項目最終“落戶”四川稻城海子山，現(xiàn)已建設(shè)成為國際高水平的超高能伽馬射線探測裝置，作為世界上重要的粒子天體物理支柱性實驗之一，“拉索”將使中國在高能伽馬射線天文領(lǐng)域的研究達到國際領(lǐng)先水平。(完)