觀測(cè)站上方的星空。中科院高能所供圖

4月22日，四川稻城，一位年輕的科研人員正在查看水切倫科夫探測(cè)器陣列的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 李強(qiáng) 攝

LHAASO裝置WCDA三號(hào)水池內(nèi)安裝完成的光電倍增管。中科院高能所供圖

LHAASO航拍圖，攝于2022年。中科院高能所供圖

放眼望去，那像是1188座土崗子，奇異地出現(xiàn)在四川稻城平均海拔4410米的海子山上。

但那又不像是一般的土崗子。它們的體格過于龐大，每一個(gè)都足足占地36平方米。它們周身荒草雜生，兩兩之間卻均勻地保持著30米間距，以品字形有規(guī)律地散布在1.36平方公里的高原上。它們身上都有一抹紅——扎著“紅頭繩”，上面統(tǒng)一寫著6個(gè)大寫字母——LHAASO。

LHAASO，是“高海拔宇宙線觀測(cè)站”的英文簡稱，又稱“拉索”。從2009年提出建設(shè)構(gòu)想，到2015年定址海子山，再到今年前后共歷經(jīng)15年，總投資12億元。

如今，這個(gè)由中國科學(xué)院與四川省人民政府共建，由中國科學(xué)院成都分院與中國科學(xué)院高能物理研究所承建的國之重器，已成為全球最大、靈敏度最高的宇宙線觀測(cè)站。5月10日，LHAASO順利通過國家驗(yàn)收，正式“上崗”了。

“天外來客”

若從高空俯瞰，觀測(cè)站外圓內(nèi)方，宛若一枚古銅錢的巨陣，守候在青藏高原海子山古冰川遺跡的無人區(qū)。

這枚直徑1.3公里“銅錢”的環(huán)形區(qū)域，點(diǎn)綴著1188個(gè)土崗樣式的繆子探測(cè)器（繆子是自然界的基本粒子之一——記者注），和5216個(gè)大型鞋盒一般的電磁粒子探測(cè)器。兩組探測(cè)器組成地面簇射粒子陣列。

除此之外，在“銅錢”的中央，坐落著7.8萬平方米的水切倫科夫探測(cè)器陣列和由18臺(tái)廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡組成的陣列。

這些普通人連名字都很難看懂，更難弄明白它們究竟為何物的探測(cè)器，就這樣排兵布陣般組合在一起，悄無聲息地捕捉著宇宙線，并持續(xù)產(chǎn)出著驚人的科研成果。

宇宙線，是從宇宙空間射向地球的高能粒子，肉眼并不可見，穿過大氣層時(shí)會(huì)被打散成更多的粒子，如陣雨般落下。打在那些星羅棋布的探測(cè)器上時(shí)，會(huì)發(fā)出微弱的光，從而被捕獲、收集并觀測(cè)。它們常被稱為銀河隕石、天外來客，攜帶著有關(guān)宇宙起源、天體演化等重要科學(xué)信息。

在中國科學(xué)院高能物理研究所研究員、LHAASO項(xiàng)目首席科學(xué)家曹臻的眼里，它們是來自宇宙的“信使”，而研究宇宙線及其起源是人類探測(cè)宇宙的重要途徑。

宇宙線有著不同的起源，有的起源于銀河系內(nèi)，有的來自銀河系外，不同的能量反映著不同的起源，能量越高的宇宙線，就需要越大的探測(cè)器陣列面積和更長久的探測(cè)時(shí)間。

當(dāng)宇宙線的能量在1011eV（電子伏特的符號(hào)，是能量的單位——記者注）附近，探測(cè)器陣列每秒每平方米大約能接收到1個(gè)粒子，到了3×1018eV附近，需要每年每平方公里才能接收到1個(gè)粒子。

自1912年宇宙線被奧地利科學(xué)家赫斯首次發(fā)現(xiàn)以來，國際上與宇宙線相關(guān)的研究，已5次斬獲諾貝爾獎(jiǎng)。盡管如此，人類對(duì)宇宙線仍知之甚少。宇宙線到底從何而來，又是怎樣的加速機(jī)制把它加速到比人類制造的加速器高上千萬倍的量級(jí)？很多問題，都還沒有答案。

“六年找一塊地”

然而，想要探尋宇宙線的源頭，困難重重。自2009年提出LHAASO建設(shè)構(gòu)想后，僅為找到一個(gè)合適的觀測(cè)站位置，就花費(fèi)了6年。

“世界上其實(shí)能夠找到這樣一塊地方并不容易的。”LHAASO項(xiàng)目副經(jīng)理兼總工藝師何會(huì)海告訴中青報(bào)·中青網(wǎng)記者，當(dāng)年項(xiàng)目選址要求，海拔高度最好在4000米至5000米之間，這樣能減少大氣對(duì)宇宙線粒子的影響。

在高海拔的基礎(chǔ)上，還要有一塊足夠大的平坦地塊兒，有便利的水源，附近要有交通，光纖可以抵達(dá)，方圓50公里之內(nèi)要有機(jī)場(chǎng)，有高壓氧艙等醫(yī)療條件。

“我們?cè)谒氖∥宓鼗?年才找到這樣一塊地。”何會(huì)海說，那6年，云南、四川、青海、西藏4省區(qū)的5處高海拔地塊兒，他一一實(shí)地踏勘，一地也沒落下。最終，海子山被認(rèn)為是天時(shí)地利人和的建站絕佳之地。

最初達(dá)到海子山時(shí)，讓曹臻印象深刻的是，這里3000余平方公里的土地上，遍布著1100多個(gè)海子（當(dāng)?shù)貙?duì)湖泊的稱呼），海子山的名字正來源于此。

“要做好這個(gè)設(shè)施，一個(gè)非常重要的特點(diǎn)就是，我們要大量地用水。”曹臻說，拉索的繆子探測(cè)器用水量為5萬噸，水切倫科夫探測(cè)器用水量達(dá)到36萬噸，且需要不斷循環(huán)。

那1188個(gè)土崗里埋藏著的，正是水，但并非一般的水，而是裝在特制水袋里的超純水，并被埋在直徑6.8米、高1.2米的鋼筋混凝土罐體里，而后用土覆裹其外。

“這個(gè)超純水比我們喝的水要好太多太多，要在20年的時(shí)間里保證這個(gè)水不變質(zhì)、不長菌、不透氣、不漏、不凍冰。”何會(huì)海說，水袋埋在地下2.5米深的地方，要想在常年平均氣溫零攝氏度以下的地方保證它不上凍，也是一件比較難的事。

定址后，在高海拔無人區(qū)的施工建設(shè)又花了4年。

“工人來了以后，面臨兩個(gè)很大的困難。第一個(gè)就是缺氧，第二個(gè)是沒有信號(hào)。”LHAASO項(xiàng)目建安分總體負(fù)責(zé)人吳超勇說，“所以很多人來了以后，待了一個(gè)晚上，第二天就要走，（高原反應(yīng)）受不了了，給多少錢也不干。”

“工人淘汰率到了50%以上。”吳超勇告訴記者，但他們必須保證工期，建筑隊(duì)不斷補(bǔ)充人手，整個(gè)觀測(cè)站上，最多時(shí)曾有600名工人。與此同時(shí)，由于自然條件惡劣，每年這里的工期只有半年，半年時(shí)間里往往要完成一年的工作量。

吳超勇至今還記得，在繆子探測(cè)器建設(shè)過程中，他遇到過一位讓他感動(dòng)的東北小伙兒。小伙兒告訴他，他在這里待得很難受，但他覺得自己是在給國家做事情，他很自豪。等到小伙子離開海子山時(shí)，衣服滿是油漬，胡子拉碴，跟來時(shí)看上去差了許多歲數(shù)，“看不出是同一個(gè)人了”。

曹臻記得，當(dāng)初施工建設(shè)時(shí)，一個(gè)工頭非要拉著他拍一張照片。“他說，這張照片是要發(fā)給他兒子的。‘我兒子非常感興趣，說是你們?cè)跒榭茖W(xué)家干事情。’”曹臻說。

那時(shí)，在海子山上，科研人員時(shí)常和這些建筑工人同時(shí)灰頭土臉地出現(xiàn)在工地上。而曹臻引以為傲的是，在如此惡劣的自然條件下，“科研人員淘汰率為零”。那段時(shí)間，曹臻也總守在工地上，他記得，有時(shí)夜晚溫度會(huì)降到零下35攝氏度，而工程還在繼續(xù)。

觀測(cè)站的路邊，如今立著一塊紅牌子，上面寫著曹臻常說的一句話：“無論有多大困難，都要去克服，再困難還要去克服。克服就是要去做這個(gè)做不了的事情。”

“宇宙無限 信使有痕”

來自中科院高能所的資料顯示，建設(shè)期間，LHAASO項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過自主創(chuàng)新和國際合作，完成了多項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，首次在大視場(chǎng)成像切倫科夫望遠(yuǎn)鏡中大規(guī)模使用新型硅光電管，改變了這類望遠(yuǎn)鏡不能在月夜工作的傳統(tǒng)觀測(cè)模式，實(shí)現(xiàn)了有效觀測(cè)時(shí)間的成倍增長。

團(tuán)隊(duì)還發(fā)展了基于“小白兔”技術(shù)、適應(yīng)4000米以上高海拔野外工況的大面積、多節(jié)點(diǎn)、高精度時(shí)鐘同步技術(shù)，遠(yuǎn)距離同步精度提升到0.2納秒，達(dá)到國際領(lǐng)先水平；還采用了國產(chǎn)20英寸超大型光電倍增管，將時(shí)間響應(yīng)提高了3倍；把觀測(cè)閾能從3000億電子伏降低到700億電子伏，大大擴(kuò)展了觀測(cè)能力。

為了更充分地利用觀測(cè)資源，拉索項(xiàng)目是一邊建設(shè)一邊運(yùn)行的。起初，只有二分之一的探測(cè)器投入試運(yùn)行。盡管只有二分之一，由于其超高的探測(cè)靈敏度，LHAASO在試運(yùn)行期間就取得多項(xiàng)突破性的重大科學(xué)成果。

“當(dāng)一個(gè)探測(cè)器的靈敏度上到一個(gè)新的臺(tái)階之后，你會(huì)看到完全不同的一個(gè)宇宙。”曹臻告訴中青報(bào)·中青網(wǎng)記者，“新現(xiàn)象完全是可期的，但是它會(huì)是什么樣子，是完全不可期的，這個(gè)就是我們做科學(xué)探索的樂趣所在。”

2021年，LHAASO在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量超高能宇宙加速器候選天體，并記錄到能量達(dá)1.4拍電子伏的伽馬光子。這被認(rèn)為是目前人類觀測(cè)到的最高能量光子，突破了人類對(duì)銀河系粒子加速的傳統(tǒng)認(rèn)知，開啟了“超高能伽馬天文學(xué)”時(shí)代。這些發(fā)現(xiàn)于當(dāng)年5月17日發(fā)表在《自然》（Nature）上。

“我們看到了很多原本意想不到的東西。”曹臻告訴記者，“尤其是這個(gè)能量很高很高的加速器，可能到處都在我們的宇宙、銀河系的存在。”

同年，LHAASO還精確測(cè)定了標(biāo)準(zhǔn)燭光蟹狀星云的超高能段亮度，發(fā)現(xiàn)1000萬億電子伏伽馬輻射，挑戰(zhàn)了理論極限。

“到2022年10月，老天爺給了我們一個(gè)巨大的禮物。”曹臻說，拉索觀測(cè)并記錄到了迄今最亮的伽馬射線暴，而這件事，甚至讓歐洲做相關(guān)研究的科學(xué)家很嫉妒，拉索也已經(jīng)成為該領(lǐng)域其他國家追趕的目標(biāo)。

在曹臻看來，所有這些事并非是靠一兩個(gè)人就能做成的，需要來自各行各業(yè)，有著不同知識(shí)背景的科研人員組成的大團(tuán)隊(duì)合作攻克。目前，LHAASO團(tuán)隊(duì)由來自中國、德國、法國、俄羅斯、瑞士、泰國6個(gè)國家的270余人組成，也已有28個(gè)天體物理研究機(jī)構(gòu)成為LHAASO的國際合作組成員單位，利用觀測(cè)數(shù)據(jù)開展多領(lǐng)域基礎(chǔ)研究。

如今，在世界屋脊上圓滿落成的LHAASO項(xiàng)目，已成為世界重要的粒子天體物理支柱性實(shí)驗(yàn)之一，使我國在高能伽馬射線天文領(lǐng)域的研究達(dá)到國際領(lǐng)先水平，并開始向當(dāng)今最重要的科學(xué)前沿課題——高能宇宙線起源問題發(fā)起沖擊。

5月10日，受國家發(fā)展和改革委員會(huì)委托，中國科學(xué)院會(huì)同四川省組織了LHAASO項(xiàng)目驗(yàn)收會(huì)。驗(yàn)收委員會(huì)認(rèn)為，LHAASO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。驗(yàn)收委員會(huì)同意該項(xiàng)目通過國家驗(yàn)收。

目前，這個(gè)我國自主提出、設(shè)計(jì)、建造的新一代宇宙線觀測(cè)裝置，站在新起點(diǎn)整裝待發(fā)，更多的科研成果也在發(fā)酵之中。

千百年來，人類對(duì)浩瀚宇宙的探索從未停止，從肉眼觀測(cè)到使用天文望遠(yuǎn)鏡，從伽利略到開普勒，從地心說到相對(duì)論，從銀河系到百億光年之外的宇宙深處。隨著探索的深入，人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)也在不斷更新。

如今，LHAASO項(xiàng)目基地大門兩側(cè)的立柱上，寫著這樣8個(gè)大字——“宇宙無限 信使有痕”。大門內(nèi)，三大探測(cè)器陣列錯(cuò)落有致，24小時(shí)嚴(yán)陣以待，像是一張編織好的巨網(wǎng)，鋪設(shè)在四野荒涼、遍布漂礫的海子山上，等待捕捉宇宙“信使”在探測(cè)器上留下的痕跡。