在科学探索的漫漫长河中,有这样一群物理学家,他们怀揣着对宇宙的无限好奇与敬畏,踏上了一段充满挑战与奇迹的征程,用智慧和汗水为人类点亮了探索宇宙的明灯,他们就是中国高海拔宇宙线观测站(拉索)的科研团队。
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故事要从那个零下十几度的夜晚说起,中国科学院高能物理研究所的科学家们在一处工地上忙碌着。他们正在建设的是拉索,一座大水池是其关键组成部分,池底已安装上千个光电倍增管,当晚他们要注入10万吨纯水,当水位达到4.5米,人类有史以来最敏锐的宇宙视线探测器将开启。
然而,一段30米长未做保温措施的水管被冻住,众人折腾到凌晨3点仍未解决问题,只能收工。而这仅仅是拉索建设过程中的一个小插曲。
拉索的首席科学家曹臻,在立项后的3年多时间里,和团队一起日夜操劳。宇宙线,这种来自宇宙深处的高能粒子流,最高能量达到320亿电子伏特,人类加速粒子的能量与之相比微不足道。
宇宙线粒子进入大气层后会引发一系列相互作用,产生粒子阵雨,分析这场阵雨,有望揭开宇宙线的起源和加速之谜,这也是国际物理学界亟待解决的科学问题之一。
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宇宙线研究在物理学中是个冷门分支,全球研究者不过两三千人,实验经费申请困难。曹臻22年前在美国犹他大学时,就面临科研经费困境,甚至想过转行。但最终,他毅然决定回到中国投身宇宙线研究。
2004年,旅美近10年的曹臻回国,成为羊八井宇宙线观测站中意合作实验的发言人。然而,当时的探测器性能达到瓶颈,无法满足进一步观测需求。曹臻、何慧海、姚志国、查敏等科研骨干常常聚在一起探讨中国宇宙线研究的发展方向。
2008年,国家启动十二五规划项目遴选工作,给了他们机会。几位物理学家汇总国际各类探索技术,寻找最前沿、经济且可行的路线。2009年2月,曹臻首次提出拉索的完整构想,这是一个规模宏大的项目,占地1.36平方公里,包含多种创新探测技术和探测器阵列。
比如位于圆盘中央的水切伦科夫探测器阵列,由三个巨大水池组成,总面积78000平方米,相当于2.5个水立方,内含35万吨纯净水,利用切伦科夫辐射原理捕捉宇宙线粒子信号。
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方案成型后,选址成为关键。拉索站址要求苛刻,海拔需4千米以上,地势平坦,场地落差小,晴天多、降水少且集中,基础设施完善。
科研团队跑遍中国四川、云南、西藏、青海四个省区的几十个备选站址,有时骑毛驴、骑马,更多时候靠步行。拉索总工程师姚志国甚至在途中崴断小脚趾,最终他们发现了四川稻城海子山,这里的无人区成为拉索的最佳站址。
2015年12月31日,拉索获批立项,建设周期4年,总投资12亿元。建设过程中,高寒缺氧、技术难题、意外困难接踵而至。高寒缺氧让许多工人难以承受,技术上,大水池要实现量子级别的绝对反光、冬季不结冰、液面日变化幅度小,几乎是不可能完成的任务。
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此外,钢铁价格翻倍、人民币贬值、中美贸易战、关税暴涨、新冠疫情等问题,让曹臻常常难以入眠。但他们没有退缩,如同往山坡上拉货物的人,只能向前。
2020年4月,拉索一半阵列完工并投入运行3个月,就传来好消息,发现了1.4拍电子伏的伽马光子,打破了银河系里伽马光子极限的理论假设,还发现12个稳定的伽马射线源,让人类看到的夜空变亮了。
这项成果一年后在《自然》上发表,德国天体物理学家阿哈罗尼安发邮件称“看到这些结果,我此生足矣”。2021年7月,拉索全面建成并投入运行,又在《科学》杂志发表成果,精准测量了蟹状星云的亮度,为超高能伽马光源树立了新标准。
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2022年10月9日,拉索捕捉到人类有记录以来最亮的伽马射线暴,2023年6月9日,这项成果发表于《科学》。
如今,在国际宇宙线大会上,拉索的报告总是排在最前面。面对成功,科学家们认为他们是勇敢的,勇敢地创新并将其实现。
在未来十年,他们希望拉索能引领宇宙线学科的发展,在宇宙观的描述中留下中国人的身影、智慧和话语权。拉索的故事,是中国科学家在宇宙探索中不屈不挠、勇攀高峰的传奇,激励着更多人仰望星空,追逐宇宙的奥秘。
文本来源:@果壳的视频内容
发现完了,该解释形成原理,指导地面上研究了。