中新網(wǎng)北京5月10日電 (記者 孫自法)從提出構(gòu)想到預(yù)研、設(shè)計(jì)、選址、立項(xiàng)、建設(shè)和建成運(yùn)行，歷時(shí)13年多的中國(guó)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——高海拔宇宙線觀測(cè)站(英文縮寫LHAASO，中文昵稱“拉索”)5月10日晚順利通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，標(biāo)志著這一大科學(xué)裝置開(kāi)始向宇宙線起源的“世紀(jì)之謎”發(fā)起全面科研沖擊。

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目前已創(chuàng)造三項(xiàng)“世界之最”

中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所(中科院高能所)介紹說(shuō)，以宇宙線觀測(cè)研究為核心目標(biāo)的大科學(xué)裝置“拉索”，于2015年底獲得國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)批復(fù)立項(xiàng)，項(xiàng)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(dān)建設(shè)，建設(shè)周期4年。“拉索”主體工程2017年動(dòng)工，2021年全部完成建設(shè)。在國(guó)家驗(yàn)收之前，“拉索”項(xiàng)目已先后通過(guò)工藝、建安、財(cái)務(wù)、設(shè)備資產(chǎn)和檔案5個(gè)專業(yè)組驗(yàn)收。

這次國(guó)家驗(yàn)收委員會(huì)由20多位專家組成，通過(guò)對(duì)“拉索”實(shí)施嚴(yán)格驗(yàn)收程序后，同意該項(xiàng)目通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收。驗(yàn)收委員會(huì)認(rèn)為，項(xiàng)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(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)批復(fù)的建設(shè)任務(wù)，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于批復(fù)的驗(yàn)收指標(biāo)。“拉索”的1/4規(guī)模探測(cè)裝置于2019年4月投入試運(yùn)行，全規(guī)模探測(cè)裝置于2021年7月投入試運(yùn)行，整體性能可靠，具備長(zhǎng)期穩(wěn)定的科學(xué)運(yùn)行能力。

驗(yàn)收委員會(huì)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(jìn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，成為目前世界上最靈敏的超高能伽馬射線探測(cè)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(yuǎn)鏡，以及能量覆蓋范圍最寬的超高能宇宙線復(fù)合式立體測(cè)量系統(tǒng)。“拉索”的建成運(yùn)行，使之成為目前國(guó)際粒子天體物理三大實(shí)驗(yàn)設(shè)施之一，對(duì)促進(jìn)該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大原創(chuàng)突破、帶動(dòng)前沿交叉相關(guān)學(xué)科發(fā)展和國(guó)際合作具有重要意義。

完成多項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)

“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(gè)電磁粒子探測(cè)器和1188個(gè)繆子探測(cè)器構(gòu)成的1平方公里地面簇射粒子探測(cè)器陣列、7.8萬(wàn)平方米的水切倫科夫探測(cè)器陣列、18臺(tái)廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡等三大陣列組成。“拉索”采用電磁粒子、繆子、水切倫科夫、廣角切倫科夫4種探測(cè)技術(shù)，可以全方位、多變量地測(cè)量來(lái)自于高能天體的伽馬射線和宇宙線。

中科院高能所“拉索”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)表示，宇宙線是來(lái)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(guò)自主創(chuàng)新和國(guó)際合作，“拉索”已完成多項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，主要包括四個(gè)方面：一是首次在大視場(chǎng)成像切倫科夫望遠(yuǎn)鏡中大規(guī)模使用新型硅光電管，改變了這類望遠(yuǎn)鏡不能在月夜工作的傳統(tǒng)觀測(cè)模式，實(shí)現(xiàn)有效觀測(cè)時(shí)間的成倍增長(zhǎng)。

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(diǎn)、高精度時(shí)鐘同步技術(shù)，遠(yuǎn)距離同步精度提升到0.2納秒，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

三是采用中國(guó)國(guó)產(chǎn)20英寸超大型光電倍增管，并將時(shí)間響應(yīng)提高了3倍；把觀測(cè)閾能從3000億電子伏降低到700億電子伏，大大擴(kuò)展了觀測(cè)能力。

四是在海量數(shù)據(jù)獲取技術(shù)上取得顯著進(jìn)步，發(fā)展并實(shí)現(xiàn)“無(wú)觸發(fā)”數(shù)據(jù)獲取，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)4GB每秒的宇宙線事例實(shí)現(xiàn)“零死時(shí)間”觀測(cè)；采用特殊的數(shù)據(jù)篩選技術(shù)，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)損壓縮，實(shí)現(xiàn)從四川海子山到北京中科院高能所的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

獲多項(xiàng)突破性重大科學(xué)成果

“拉索”團(tuán)隊(duì)透露，基于超高的探測(cè)靈敏度，“拉索”在初步運(yùn)行期間已取得多項(xiàng)突破性的重大科學(xué)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(cè)到的最高能量光子，開(kāi)啟了“超高能伽馬天文學(xué)”時(shí)代；“拉索”精確測(cè)定了“標(biāo)準(zhǔn)燭光”蟹狀星云的超高能段亮度，發(fā)現(xiàn)1千萬(wàn)億電子伏伽馬輻射，挑戰(zhàn)理論極限。

同時(shí)，“拉索”建設(shè)期間即開(kāi)展觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)成果持續(xù)產(chǎn)出，截至目前，基于“拉索”項(xiàng)目發(fā)表的期刊論文累計(jì)215篇、會(huì)議論文156篇。

“拉索”項(xiàng)目還充分發(fā)揮中科院建制化研究的優(yōu)勢(shì)，依托大科學(xué)裝置開(kāi)展觀測(cè)與理論研究，并面向中外全面開(kāi)放共享，目前，已有28個(gè)天體物理研究機(jī)構(gòu)成為“拉索”的國(guó)際合作組成員單位。該國(guó)際合作組利用“拉索”觀測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展粒子天體物理研究，同時(shí)進(jìn)行宇宙學(xué)、天文學(xué)、粒子物理學(xué)等眾多領(lǐng)域基礎(chǔ)研究。

隨著通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收投入正式運(yùn)行，“拉索”也將成為以中國(guó)為主、多國(guó)參與的國(guó)際宇宙線研究中心，并借助高海拔伽馬天文、宇宙線的觀測(cè)優(yōu)勢(shì)，成為獨(dú)具特色、綜合開(kāi)放的科學(xué)研究平臺(tái)。

中國(guó)宇宙線實(shí)驗(yàn)研究經(jīng)歷三階段

中科院高能所稱，中國(guó)的宇宙線實(shí)驗(yàn)研究迄今已經(jīng)歷了三個(gè)階段：1954年，中國(guó)第一個(gè)高山宇宙線實(shí)驗(yàn)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(dòng)中日合作ASγ實(shí)驗(yàn)、中意ARGO-YBJ實(shí)驗(yàn)；2009年，在北京香山科學(xué)會(huì)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(fù)合探測(cè)陣列“拉索”的完整構(gòu)想，這是中國(guó)第三代高山宇宙線觀測(cè)站。

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