成都大脑助力 叩问“世纪之谜”
来源:成都日报  |  2023-05-11 08:51:17

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“拉索”时刻捕捉着来自宇宙深处的信息

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高海拔宇宙线观测站“拉索”通过国家验收,投入正式运行

  2023年5月,稻城海子山,在平均海拔4410米的高原上,一座占地面积1.36平方公里的大科学装置正观测着来自宇宙空间中高能粒子的“脉动”,将观测到的宇宙线“密钥”实时传输回位于成都和北京的“大本营”,以每年产生13PB数据量的速度“加载”着揭开宇宙线起源“世纪之谜”以及空间科学研究的“进度条”。

  5月10日,国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站“拉索”(LHAASO)顺利通过国家验收,投入正式运行。这个世界上海拔最高、规模最大、最为灵敏的“拉索”开启了“超高能伽马天文学”时代,为系统开展高能宇宙线物理、极端条件下高能天体辐射及新物理研究提供“大科学”支撑。

  用微观粒子破译“宇宙密码”

  浩瀚宇宙中,除了星月之外,还隐藏着无数粒子正以光速时刻造访地球。它们就是宇宙射线。宇宙射线是来自地球以外广袤空间的微观粒子。这些肉眼看不见的“宇宙密码”,蕴含着宇宙起源、天体演化、太阳活动及地球空间环境等重要科学信息,“破译密码”是人类探索宇宙及其演化的重要途径之一。

  “宇宙线粒子进入大气层后,会和大气中的原子核发生相互作用产生许多次级粒子,落在地面时就像粒子‘阵雨’。”中国科学院高能物理研究所研究员、“拉索”项目副经理兼总工艺师何会海介绍说,这些次级粒子将继续与大气中的原子核发生作用产生新的次级粒子的过程称为广延空气簇射(EAS)。“‘拉索’就像一个大型‘集雨’装置,通过对粒子‘阵雨’的分析,反推原初宇宙线粒子的性质,开展伽马天文观测、宇宙线成分与能谱精确测量、暗物质探索等科学研究。”

  “拉索”首席科学家、中科院高能物理研究所研究员曹臻说道,宇宙线观测需要高海拔,尽量降低大气层的影响,同时与光学天文观测一样,还需要非常优秀的大气积分水汽含量和光污染环境指标,以便捕捉高能粒子和光子的踪迹。

  完成多项关键核心技术攻关

  一边加紧工程建设,一边产出创新成果。“拉索”项目团队通过自主创新和国际合作,完成了多项关键核心技术攻关。

  “在‘拉索’仅建成1/2规模的时候,用不到一年的观测数据,就将超高能伽马射线源数量提升到了12个,甚至发现了1.4PeV的伽马光子,这是人类迄今为止探测到的最高能量光子。”曹臻指着“拉索”现已建成的世界上最灵敏的超高能伽马射线探测装置,介绍着它的“伟绩”。

  “拉索”建设期间即开展观测,成果涌现与技术突破犹如“雨后春笋”。基于其超高的探测灵敏度,“拉索”在初步运行期间已经取得多项突破性的重大科学成果。首次在大视场成像切伦科夫望远镜中大规模使用新型硅光电管,改变了这类望远镜不能在月夜工作的传统观测模式,实现了有效观测时间的成倍增长;发展了基于“小白兔”技术、适应4000米以上高海拔野外工况的大面积、多节点、高精度时钟同步技术,远距离同步精度提升到0.2纳秒,达到国际领先水平;采用特殊的数据筛选技术,对海量数据进行无损压缩,实现从海子山到高能所的实时数据传输……

  成都创新力量发挥重要作用

  在“拉索”建设过程中,成都创新力量不仅参与其中,还发挥着重要作用。“四川大学、西南交通大学等众多在蓉高校都积极参与到“拉索”的建设中,作出了很大的贡献。”曹臻表示,像成都勘测设计研究院有限公司参与建设的水切伦科夫探测器阵列(WCDA)水池,实现了多项技术突破,也为“拉索”的正常运行提供了有力的保障。

  比如,西南交通大学承担了广角切伦科夫望远镜阵列(WFCTA)激光标定和大气监测系统的建设任务,完成了3套激光标定系统的远程控制运行设计。

  重大科技基础设施,正成为成都集聚科创资源的“强磁铁”。就在3个月前,天府宇宙线研究中心(以下简称“中心”)在成都正式揭牌,中心依托“拉索”开展科学研究,将凝聚相关领域的顶尖队伍,支撑其科学运行,深度开展相关研究,为解开宇宙线起源这一“世纪之谜”提供重要的科学支撑。“中心将整合国内一流的粒子天体物理学者,产出更多原创成果,也将依托中心布局更多科技基础设施,进一步拓展我国宇宙线研究领域。”中科院高能所研究员、天府宇宙线研究中心副主任张寿山表示。

  创新探索“稻城观测+成都研究”发展模式,中科院成都分院将为中心在宇宙学、粒子物理、空间环境等交叉研究领域提供综合平台。“一方面,天府宇宙线研究中心将与中科院高能所共同承担起‘拉索’数据分析的重任,开展前沿科学研究;另一方面,中心将开展大量的学术交流活动,成为重要的学术交流平台。”曹臻表示,“拉索”面向国内外全面开放共享,预计每年会在蓉举行至少2次合作组相关会议,吸引国际相关专家来蓉开展科学研究、讨论交流,一大批宇宙线前沿科学成果有望从成都走向世界。

  此外,曹臻透露,中心还将利用成都科学城创新资源集聚的优势,进行探测器技术研发和储备,为将来的大科学装置和更高的科学目标做准备,与此同时,天府宇宙线研究中心还将充分利用自身创新资源,开展丰富的科普活动,面向公众普及宇宙知识,埋下科学梦想的“种子”。

  成都日报锦观新闻记者 黄雪松

  中科院高能所供图

编辑:邓超
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