【走近大國重器】

◎本報(bào)記者 陸成寬

(資料圖片)

飛機(jī)從四川成都天府機(jī)場出發(fā)，一個(gè)多小時(shí)后，來到甘孜州稻城機(jī)場上空。此時(shí)，從飛機(jī)舷窗俯瞰，一個(gè)巨大的“圓盤”鋪展在大地上。

這個(gè)“圓盤”就是高海拔宇宙線觀測站（LHAASO），也被大家叫作“拉索”。它是目前世界上海拔最高、規(guī)模最大、靈敏度最強(qiáng)的伽馬射線探測裝置，位于四川省稻城縣海拔4410米的海子山上，占地面積約1.36平方公里。

“‘拉索’的任務(wù)是接住從外太空‘灑’向地球的宇宙射線，讓科學(xué)家借此發(fā)現(xiàn)宇宙深處的未知世界，破解宇宙射線起源的謎題。”“拉索”首席科學(xué)家、中科院高能物理所研究員曹臻介紹。

5月10日，經(jīng)過8年預(yù)研、4年建設(shè)，“拉索”迎來關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，順利通過國家驗(yàn)收，正式投入運(yùn)行。驗(yàn)收委員會(huì)認(rèn)為，“拉索”的建成運(yùn)行，使之成為目前國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)展和國際合作具有重要意義。

等待宇宙射線的35萬噸純凈水

從空中向下看“拉索”的大圓盤，最醒目的是中央的“品”字形方塊，這就是水切倫科夫探測器陣列。

它主要用來探測甚高能伽馬光子，由三個(gè)水池構(gòu)成，其中兩個(gè)是邊長150米的正方形水池，一個(gè)是長300米、寬110米的長方形水池。三個(gè)水池的總面積達(dá)78000平方米，相當(dāng)于2.5個(gè)水立方。巨大的水池中，裝著35萬噸純凈水。

當(dāng)宇宙射線到達(dá)地球大氣層時(shí)，會(huì)產(chǎn)生許多的次級(jí)粒子。這些粒子劃過水池里的純凈水時(shí)，會(huì)發(fā)出非常微弱的藍(lán)光，這就是切倫科夫光。

為了“捕捉到”非常微弱的切倫科夫光，科學(xué)家們?cè)谒氐撞堪惭b了很多晶瑩剔透的“玻璃泡泡”。

“這些‘玻璃泡泡’就是探測器單元。它們名叫光電倍增管，可以將微弱的切倫科夫光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，從而對(duì)宇宙射線作出分析?！薄袄鳌彼袀惪品蛱綔y器陣列分總體負(fù)責(zé)人陳明君指著“玻璃泡泡”模型向記者介紹。

對(duì)陳明君團(tuán)隊(duì)來說，維持好純凈水的透明度成為一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。

“水注入到這么大的水池里面，非常容易被污染，一開始我們?cè)趺匆哺悴桓蓛?，這是最讓我們頭疼的問題。我們也沒有可以借鑒的對(duì)象，別的項(xiàng)目不會(huì)用這么多水?！标惷骶f，“為把水弄干凈，團(tuán)隊(duì)摸索了兩年?！?/p>

“我們反復(fù)試驗(yàn)了各種方案，不斷調(diào)節(jié)加氯濃度，有時(shí)候真的很絕望，好在同事們相互鼓勵(lì)?！弊罱K，陳明君與團(tuán)隊(duì)通過調(diào)節(jié)加氯劑量和增加水循環(huán)流量的方式，成功解決了這一難題。

1188個(gè)土堆下的繆子探測器

登上“拉索”陣列觀景平臺(tái)，許多規(guī)則排列的土堆映入記者眼簾。這些土堆大約兩人多高，每個(gè)占地約36平方米，土堆之間間隔30米。

曹臻介紹，“拉索”陣列共1188個(gè)土堆，每個(gè)土堆里都埋著一個(gè)精密的探測器——繆子探測器。

每個(gè)繆子探測器可以探測的面積是36平方米。1188個(gè)探測器，拼出了4萬平方米左右的靈敏探測面積。

這是世界上最大的繆子探測器?！爸挥刑綔y面積足夠大，我們才能準(zhǔn)確地篩選出超高能伽馬光子?！薄袄鳌笨娮犹綔y器陣列分總體負(fù)責(zé)人肖剛說。

雖然大有大的好處，但是大也有大的難處。

探測器的主要部分埋在2.5米深的土下，沒有辦法經(jīng)常維護(hù)，這就要求它必須具有非常高的可靠性。

為了探測器“經(jīng)久耐用”，研究人員費(fèi)了不少心思，光預(yù)研就用了8年。

“我們首先在設(shè)計(jì)上作出合理規(guī)劃，把比較容易損壞的電源等設(shè)備放在土堆上頭，不容易損壞的設(shè)備，才會(huì)埋在土里。”肖剛站在土堆旁說，“但只有設(shè)計(jì)是不夠的，埋在土里的設(shè)備雖然不容易壞，可一旦出現(xiàn)問題，修起來就很麻煩。”

為做好質(zhì)量把控，肖剛團(tuán)隊(duì)還采取了一系列技術(shù)手段。

“比如，裝超純水的水袋是我們探測器的關(guān)鍵組成部分，它的質(zhì)量要求非常高，必須保證絕對(duì)密封，不能進(jìn)入任何污染物影響探測效率。”肖剛舉例道，“為此，我們專門找了一種稀有氣體——十氟化硫來檢測水袋的密閉性?！?/p>

“這種稀有氣體的檢測效率非常高，利用它檢測，哪個(gè)螺絲沒擰緊都可以知道。”肖剛笑著說，“這樣就保證了水袋的可靠性?！?/p>

挑戰(zhàn)理論極限的探測靈敏度

在研究團(tuán)隊(duì)的不斷努力下，“拉索”擁有了“千里眼”“順風(fēng)耳”。

在這里，探測器無處不在。

置身“拉索”陣列，在土堆之間的空隙里，記者還發(fā)現(xiàn)了不少綠色或白色的“小箱子”。這些“小箱子”長約1.5米、寬約1米，名叫電磁粒子探測器陣列，它們之間間距15米，呈品字形排列。

電磁粒子探測器陣列，是“拉索”最大的探測器陣列，主要用來探測宇宙射線到達(dá)大氣層時(shí)產(chǎn)生的次級(jí)電磁粒子。

“這個(gè)陣列一共由5216個(gè)探測器組成，從預(yù)研到設(shè)計(jì)、到安裝、再到調(diào)試，我們用了10多年?！辈苷檎f。

在曹臻看來，凝結(jié)著眾多科研人員心血的“拉索”，沒有辜負(fù)他們的辛苦與期待。

“拉索”在建設(shè)期間就開展了觀測工作。憑借前所未有的探測靈敏度，在試運(yùn)行時(shí)，“拉索”就取得了多項(xiàng)突破性的重大科學(xué)成果：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(xué)”時(shí)代；精確測定了標(biāo)準(zhǔn)燭光蟹狀星云的超高能段亮度，發(fā)現(xiàn)1千萬億電子伏伽馬輻射，挑戰(zhàn)理論極限。

截至目前，基于“拉索”項(xiàng)目發(fā)表的期刊論文累計(jì)約215篇，會(huì)議論文約156篇。

黨的二十大報(bào)告指出，加快實(shí)施一批具有戰(zhàn)略性全局性前瞻性的國家重大科技項(xiàng)目，增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力。

展望正式運(yùn)行之后的工作前景，曹臻信心滿懷地說：“作為國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，‘拉索’未來必將產(chǎn)生更多高水平研究成果，助力科技自立自強(qiáng)跑出‘中國速度’！”

題圖4月21日拍攝的高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）（無人機(jī)全景照片）。新華社記者 金立旺攝（陸成寬）