中新社成都5月16日電 題：中國“拉索”何以引領(lǐng)宇宙線研究國際前沿？

　　——專訪“拉索”首席科學(xué)家、中國科學(xué)院高能物理研究所研究員曹臻

　　中新社記者 孫自法

　　聚焦宇宙線起源“世紀之謎”、已經(jīng)拉開“超高能伽馬天文學(xué)”時代大幕的中國國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——位于四川稻城海拔4410米的高海拔宇宙線觀測站(英文縮寫LHAASO，中文昵稱“拉索”)，5月10日順利通過國家驗收，正式邁入全面開放運行階段。

　　中國為什么要建設(shè)“拉索”、它有哪些特色與優(yōu)勢、將如何引領(lǐng)宇宙線研究國際前沿并開展國際合作、未來進一步發(fā)展有什么規(guī)劃……“拉索”項目工程經(jīng)理、首席科學(xué)家、中國科學(xué)院高能物理研究所(中科院高能所)研究員曹臻近日在成都的天府宇宙線研究中心，接受中新社“東西問”專訪，對備受矚目的大科學(xué)裝置“拉索”進行科普解讀。

　　現(xiàn)將訪談實錄摘要如下：

　　中新社記者：中國為什么要建“拉索”？與國外同類裝置相比，中國“拉索”有何特色與優(yōu)勢？

　　曹臻：宇宙線攜帶著宇宙起源、天體演化、太陽活動及地球空間環(huán)境等重要科學(xué)信息，研究宇宙線及其起源是人類探索宇宙的重要途徑。宇宙線自110年前發(fā)現(xiàn)研究至今，仍然是一門“年輕”的學(xué)科，尚未形成一個“標準模型”完整地描述其起源、加速及星際空間傳播的機制，宇宙線起源這一“世紀之謎”也被國際物理學(xué)界列為“新世紀11個科學(xué)問題”之一。

　　對于由實驗主導(dǎo)的宇宙線研究領(lǐng)域來說，需要新一代的探測器以前所未有的靈敏度來開創(chuàng)一個新的時代。在21世紀第一個10年，各國紛紛提出下一代伽馬天文觀測大科學(xué)裝置計劃：歐洲國家提出建造100多臺切倫科夫望遠鏡組成的陣列(CTA)計劃；美國選擇了一條通過升級改造實現(xiàn)適度提升靈敏度的高海拔水切倫科夫探測器(HAWC)計劃；中國則提出建設(shè)“拉索”的計劃，正式參與這場全世界范圍內(nèi)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)比拼。

　　作為中國自主提出并設(shè)計、建造的新一代伽馬射線望遠鏡和宇宙線探測裝置，“拉索”以探索高能宇宙線起源并開展相關(guān)高能輻射、天體演化以及暗物質(zhì)分布等基礎(chǔ)科學(xué)研究為核心目標，它占地面積約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(gòu)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臺廣角切倫科夫望遠鏡等三大陣列組成，采用4種探測技術(shù)，可全方位、多變量地測量來自于高能天體的伽馬射線和宇宙線。

　　至于“拉索”的特色和優(yōu)勢，目前可以概括為在三個方向上達到世界領(lǐng)先，也就是創(chuàng)造出三項“世界之最”：世界上最靈敏的超高能伽馬射線探測裝置，意味著能看到最多的可能性和開展最精細的研究；世界上靈敏度最高的甚高能伽馬射線源巡天普查望遠鏡，可對宇宙進行“普查”，找到更多的“源”；能量覆蓋范圍最寬的超高能宇宙線復(fù)合式立體測量系統(tǒng)，可對到達地球的宇宙線及粒子，做精細的區(qū)分并進行最寬廣能譜的測量，從而對宇宙線相關(guān)問題進行非常充分的研究。

　　海拔4410米的大科學(xué)裝置“拉索”。孫自法 攝

　　中國“拉索”建成運行，正以前所未有的伽馬射線探測靈敏度，將伽馬天文的研究帶入人類從未觀測過的新波段，繼“甚高能伽馬射線天文學(xué)”活躍30年之后，開啟并引領(lǐng)人類進入“超高能伽馬射線天文學(xué)”時代。

　　中新社記者：“拉索”從預(yù)研到立項建設(shè)再到建成運行，堪稱“十多年磨一劍”，建設(shè)過程中突破了哪些關(guān)鍵技術(shù)？已取得哪些重大發(fā)現(xiàn)和研究成果？

　　曹臻：“拉索”項目建設(shè)完成多項關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，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(guī)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(tǒng)觀測模式，實現(xiàn)有效觀測時間的成倍增長；二是發(fā)展適應(yīng)4000米以上高海拔野外工況的大面積、多節(jié)點、高精度時鐘同步技術(shù)，遠距離同步精度提升到0.2納秒，達到國際領(lǐng)先水平；三是采用中國國產(chǎn)20英寸超大型光電倍增管，并將時間響應(yīng)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(shù)據(jù)獲取技術(shù)上取得顯著進步，發(fā)展并實現(xiàn)“無觸發(fā)”數(shù)據(jù)獲取；采用特殊的數(shù)據(jù)篩選技術(shù)，對海量數(shù)據(jù)進行無損壓縮，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸。

　　由于“拉索”前所未有的超高能伽馬射線探測靈敏度和寬闊的視場，引起伽馬天文研究的革命性變化，僅在初步運行期間就已取得多項突破性的重大科學(xué)成果：“拉索”在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)12個超高能伽馬光源，也就是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，達到1.4 PeV(拍電子伏，1拍=1千萬億)，開啟了“超高能伽馬天文學(xué)”時代；“拉索”還精確測定“標準燭光”蟹狀星云的超高能段亮度，發(fā)現(xiàn)1拍電子伏伽馬輻射，挑戰(zhàn)理論極限。

　　同時，“拉索”建設(shè)期間即開展觀測，并實現(xiàn)科學(xué)成果持續(xù)產(chǎn)出，截至目前，基于“拉索”項目發(fā)表的期刊論文累計215篇、會議論文156篇。“拉索”另有多項重要研究成果論文已被學(xué)術(shù)期刊接收，將于發(fā)表后對外公布。

　　夜空下的大科學(xué)裝置“拉索”。孫自法 攝

　　中新社記者：“拉索”項目設(shè)立的國際合作組如何發(fā)揮作用？迄今已取得哪些重要國際合作成果？這一大科學(xué)裝置怎樣既推動中國實現(xiàn)高水平科技自立自強、又開放服務(wù)世界造福全人類？

　　曹臻：“拉索”是一個比較典型的國際合作項目，在宇宙線、粒子天體物理等領(lǐng)域被國際同行譽為科研“金礦”，實際上其觀測數(shù)據(jù)面向全人類，并通過全人類的共同研究來實現(xiàn)破解宇宙線起源之謎的最終目標。因此我們一開始就設(shè)計了國際合作組這樣一種傳統(tǒng)的合作組織方式，希望把國際上關(guān)注并能進行“拉索”項目相關(guān)研究的科學(xué)家和科研團隊，都吸引進來合作開展科學(xué)研究。另外，我們自己也不可能包攬一切做所有事情，國際團隊參與合作是一個非常好的解決方案。

　　當然，中外團隊加入“拉索”國際合作組，也有一些必要的門檻設(shè)置來保證合作成效，其中就包括建立一個“能進能出”的評估機制，實現(xiàn)對國際合作組成員的動態(tài)優(yōu)化調(diào)整。

　　另一種國際合作方式是吸引國際優(yōu)秀人才來華加入“拉索”團隊，直接到中科院高能所、天府宇宙線研究中心工作。正如中國俗話所說“栽下梧桐樹，引得鳳凰來”，由于“拉索”國際影響力不斷擴大，國際科技人才特別是年輕科研人員現(xiàn)在已向“拉索”聚集，包括發(fā)出求職請求等。

　　“拉索”項目還充分發(fā)揮中科院建制化研究的優(yōu)勢，面向世界全面開放共享。目前，已有28個天體物理研究機構(gòu)成為“拉索”的國際合作組成員單位，利用“拉索”觀測數(shù)據(jù)開展粒子天體物理研究，同時進行宇宙學(xué)、天文學(xué)、粒子物理學(xué)等眾多領(lǐng)域基礎(chǔ)研究。隨著通過國家驗收投入正式運行，“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，并借助高海拔伽馬天文、宇宙線的觀測優(yōu)勢，成為獨具特色、綜合開放的科學(xué)研究平臺。

　　我們希望通過中國“拉索”引領(lǐng)國際合作，把深入開展宇宙線研究取得的成果，逐步變成認識宇宙的重要組成部分。

　　“拉索”已投入穩(wěn)定的科學(xué)觀測運行，正以超越上一代望遠鏡幾十倍的超高能伽馬射線探測靈敏度，雄踞世界之首，引領(lǐng)未來的伽馬射線天文學(xué)研究的發(fā)展。相信在未來10年、20年內(nèi)，全世界基于“拉索”觀測數(shù)據(jù)開展分析研究，發(fā)表高水平科研論文，都將為人類進一步理解、解釋宇宙作出中國貢獻。

　　大科學(xué)裝置“拉索”布設(shè)的探測陣列。孫自法 攝

　　中新社記者：“拉索”順利通過國家驗收有哪些重要意義與深遠影響？未來發(fā)展有何目標和規(guī)劃？

　　曹臻：“拉索”的初步觀測結(jié)果已經(jīng)刷新了紀錄，新現(xiàn)象層出不窮，并正在不斷創(chuàng)造奇跡，向人們展現(xiàn)宇宙神秘的細節(jié)，引發(fā)革命性的思考。令人驚嘆的是，目前發(fā)現(xiàn)僅僅用到“拉索”設(shè)計能力的幾十分之一，隨著“拉索”統(tǒng)計性的積累，未來還會有許多重要的、劃時代的發(fā)現(xiàn)。這也將使得“拉索”在宇宙線研究史上，扮演一個推開蘊藏著謎底的密室大門的重要角色，宇宙中一個個“拍電子伏加速器”好比是鎖著謎底的“百寶箱”，已經(jīng)呈現(xiàn)在“拉索”面前。我們將不懈努力探索每一個“拍電子伏加速器”的超高能伽馬輻射機制和粒子加速機制，直到完全揭開宇宙線起源之謎。

　　通過國家驗收和全面開放運行后，“拉索”首要工作就是積累觀測數(shù)據(jù)，確保未來10年、20年穩(wěn)定運行，在此基礎(chǔ)上組織科學(xué)團隊開展深度科學(xué)研究，將“拉索”觀測積累的紛繁復(fù)雜數(shù)據(jù)利用好、研究好，產(chǎn)出高水平科研成果。

　　科研人員在大科學(xué)裝置“拉索”控制室工作。孫自法 攝

　　“拉索”未來部署上主要有三個方向：一是要加強“拉索”目前尚不具有的某些方面能力，這個投入相對比較少，因為大科學(xué)裝置已經(jīng)建成，可以提供很多支撐；二是“拉索”要擴展新的未知領(lǐng)域，比如中微子天文研究方向；三是積極參與在南半球建“拉索”的大型國際合作，因為南半球位置的天區(qū)能看到銀河系的中心，而北半球看不到，在南半球建“拉索”，就可以擴展“拉索”視野，并將兩者發(fā)現(xiàn)的重大科研成果進行檢驗和對比研究。國際“南天大視場伽馬射線天文臺”(SWGO)項目已向中國“拉索”發(fā)出邀請，我們也組建了“中國SWGO合作團隊”。

　　大科學(xué)裝置“拉索”布設(shè)的探測陣列。孫自法 攝

　　總之，“拉索”讓人類發(fā)現(xiàn)宇宙之旅來到了一個新的高度，但絕不是可以停下來的高度。展望未來，我們要通過“拉索”團結(jié)中外宇宙線研究隊伍，向著更高、更深、更難的科學(xué)目標前進。(完)

　　受訪者簡介：

　　“拉索”首席科學(xué)家、中國科學(xué)院高能物理研究所曹臻研究員。孫自法 攝

　　曹臻，中國科學(xué)院高能物理研究所研究員，“拉索”項目工程經(jīng)理、首席科學(xué)家。曹臻研究員自1994年起活躍于中外宇宙線和伽馬天文領(lǐng)域，參與多個國際知名宇宙線實驗，領(lǐng)導(dǎo)和設(shè)計了多個大型實驗及其探測裝置，并實施了相關(guān)探測器的研制。

　　曹臻研究員在科研歷程中已取得多項重要成果，在國際專業(yè)刊物發(fā)表130多篇科學(xué)論文，總引用率超過5500次。他從2007年起任中國物理學(xué)會高能物理分會常務(wù)委員，曾任國際純粹與應(yīng)用物理聯(lián)合會(IUPAP)粒子天體物理委員會(C4)成員、粒子天體物理國際委員會(WG10)成員等。