中國這個大科學裝置通過國家驗收 已經創造三項世界之最
中新網北京5月10日電 (記者 孫自法)從提出構想到預研、設計、選址、立項、建設和建成運作,歷時13年多的中國國家重大科技基礎設施——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,標誌著這一大科學裝置開始向宇宙線起源的“世紀之謎”發起全面科研衝擊。
目前已創造三項“世界之最”
中國科學院高能物理研究所(中科院高能所)介紹説,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,建設週期4年。“拉索”主體工程2017年動工,2021年全部完成建設。在國家驗收之前,“拉索”項目已先後通過工藝、建安、財務、設備資産和檔案5個專業組驗收。
這次國家驗收委員會由20多位專家組成,通過對“拉索”實施嚴格驗收程式後,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、優質完成了國家發展和改革委員會批復的建設任務,各項指標達到或優於批復的驗收指標。“拉索”的1/4規模探測裝置於2019年4月投入試運作,全規模探測裝置於2021年7月投入試運作,整體性能可靠,具備長期穩定的科學運作能力。
驗收委員會表示,“拉索”充分利用特定地域4410米優越的高海拔條件和先進技術優勢,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,以及能量覆蓋範圍最寬的超高能宇宙線複合式立體測量系統。“拉索”的建成運作,使之成為目前國際粒子天體物理三大實驗設施之一,對促進該領域實現重大原創突破、帶動前沿交叉相關學科發展和國際合作具有重要意義。
完成多項關鍵核心技術攻關
“拉索”位於四川省稻城縣海子山,平均海拔4410米,佔地面積約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台廣角切倫科夫望遠鏡等三大陣列組成。“拉索”採用電磁粒子、繆子、水切倫科夫、廣角切倫科夫4種探測技術,可以全方位、多變數地測量來自於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樣本。通過自主創新和國際合作,“拉索”已完成多項關鍵核心技術攻關,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觀測模式,實現有效觀測時間的成倍增長。
二是發展基於“小白兔”技術即適應4000米以上高海拔野外工況的大面積、多節點、高精度時鐘同步技術,遠距離同步精度提升到0.2納秒,達到國際領先水準。
三是採用中國國産20英寸超大型光電倍增管,並將時間響應提高了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。
四是在海量數據獲取技術上取得顯著進步,發展並實現“無觸發”數據獲取,對數據傳輸率高達4GB每秒的宇宙線事例實現“零死時間”觀測;採用特殊的數據篩選技術,對海量數據進行無損壓縮,實現從四川海子山到北京中科院高能所的實時數據傳輸。
獲多項突破性重大科學成果
“拉索”團隊透露,基於超高的探測靈敏度,“拉索”在初步運作期間已取得多項突破性的重大科學成果:“拉索”在銀河系內發現大量超高能宇宙加速器候選天體,並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”蟹狀星雲的超高能段亮度,發現1千萬億電子伏伽馬輻射,挑戰理論極限。
同時,“拉索”建設期間即開展觀測,實現科學成果持續産出,截至目前,基於“拉索”項目發表的期刊論文累計215篇、會議論文156篇。
“拉索”項目還充分發揮中科院建制化研究的優勢,依託大科學裝置開展觀測與理論研究,並面向中外全面開放共用,目前,已有28個天體物理研究機構成為“拉索”的國際合作組成員單位。該國際合作組利用“拉索”觀測數據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域基礎研究。
隨著通過國家驗收投入正式運作,“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,並借助高海拔伽馬天文、宇宙線的觀測優勢,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歷三階段
中科院高能所稱,中國的宇宙線實驗研究迄今已經歷了三個階段:1954年,中國第一個高山宇宙線實驗室在雲南東川海拔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建設大型複合探測陣列“拉索”的完整構想,這是中國第三代高山宇宙線觀測站。
“拉索”團隊表示,高山實驗能夠充分利用大氣作為探測介質,在地面進行觀測,探測器規模可遠大於大氣層外的天基探測器。由於超高能量宇宙線數量稀少,採用大規模探測器是唯一觀測手段。經過廣泛選址和實地踏勘調研,“拉索”項目最終“落戶”四川稻城海子山,現已建設成為國際高水準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域的研究達到國際領先水準。(完)