探寻超高能宇宙加速器“身世谜团”

编者按：近日，由中国科学院高能物理研究所牵头的LHAASO国际合作组完成国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站（LHAASO）”在银河系内发现大量超高能宇宙加速器，并记录到能量达1.4拍电子伏的伽马光子（拍=千万亿），这是人类观测到的最高能量光子，突破了人类对银河系粒子加速的传统认知，开启了“超高能伽马天文学”的时代。该发现于5月17日发表在《Nature》（《自然》）。光明网记者就此采访到中科院高能物理所研究员曹臻，对为什么要研究宇宙线，对银河系认知的改变带来哪些影响等问题进行科普解读。

光明网：人类之前对银河系的认知是什么？认知的改变会带来哪些后续影响？

曹臻：我们认为对银河系传统认知是指加速、能量的问题。无论是传统模型还是理论，都认为银河系里的宇宙线加速器不可能加速这么高能量，因此对天体运行和天体的一些物理条件就会有限制。限制的结果是他们有加速的上限，能量的上限，在0.1个PeV左右，而现在我们测量到超过一个PeV光子，彻底改变了大家的看法。现在观测到高能量的粒子之后，影响了之前对天体的描述，这些天体的磁场条件，周围物质活动的剧烈程度等都发生了变化，甚至天体的爆炸行为可能都变了。

光明网：为什么高海拔宇宙线观测站尚在建设就投入使用并取得了诸多科学发现？现在建造的情况如何？

曹臻：这个大科学装置为阵列式布局设施，情况跟其他设施还是有些差异，它的规模是在逐渐扩大，而我们在建设到一定规模时，灵敏度已经是世界上最灵敏的探测器，随着面积增大，灵敏度进一步扩大，在这种条件下，我们想到一种方案，就是探测器建到一定规模的时候，停止建设，把现阶段探测器所有的调试工作做完，让这一部分探测器先进入运行状态，然后再去建周围其他的部分，这样可以提前进入观测状态，可以提早产生科学成果。

光明网：为什么选择去四川稻城建观测站？有哪些优势？

曹臻：选址历时5年多，在西藏、青海、云南等地看了20多个站址，最后选择了稻城，稻城优势非常突出，稻城海拔高度超过4300米，周边水源充沛，完全满足宇宙线观测的要求，稻城还有一些共性优势：当地空气透明度好，没有污染；交通便捷，附近有亚丁机场，也有省道和国道，便于项目建设、科研人员生活和学术交流。

光明网：如此高能的宇宙线对人体有什么影响？

曹臻：宇宙线的辐射对人是有伤害的，但是我们生活在地球上很幸运，之所以有我们人类的存在，源于地球上的两层保护，首先到达地球的宇宙线粒子就少之又少，能量越高的宇宙线也越稀少；“不少宇宙线是带电粒子，在传播过程中就被宇宙中的磁场偏转了，也就是说它不是走直线，绕到了两极，也就产生了极光这种自然现象。第二层由于地球有很厚大气层，这些高能的粒子进入大气后就会产生簇射现象，簇射其实就是产生一场阵雨，把能量分成很小的份额，所以人类并不用担心高能粒子的能量在穿过大气层的过程中，大部分都被吸收了。

光明网：中国的宇宙线研究发展分为哪几个阶段？

曹臻：中国的宇宙线实验研究经历了三个阶段，目前在建的LHAASO是第三代高山宇宙线实验室。其主体工程于2017年开始建设，并边建设边运行：2019年4月完成1/4的规模建设并投入科学运行；2020年1月，完成1/2规模的建设并投入运行，同年12月完成3/4规模并投入运行。

出品：光明网科普事业部

监制：战 钊

策划：宋雅娟

采访：张梦凡、蔡 琳、肖春芳

制作：蔡 琳