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中国高海拔宇宙线观测站预计四年建成—新闻—

发布时间:2017-12-04 阅读:

  中国高空宇宙线观测站​​预计四年内建成 - 新闻中心 - 科学网

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  四川省稻城县海子山,平均海拔4410米。该地区充满了大小不一的花岗岩巨石和各种形式的冰蚀盆地,荒凉而荒凉。然而,这里的科学家已经把它确定为世界上稀有的宇宙射线观测的理想场所。

  2014年8月,国家重大科技基础设施项目LHAASO决定在这里定居。经过几年的基础设施准备,最近LHAASO项目将全面建设。

  研究宇宙射线及其起源是人类探索宇宙的重要途径

  宇宙射线是来自太空的高能粒子,主要由质子和各种元素的核组成,包含少量的电子和光子。中微子总是存在于我们的星球上。

  LHAASO项目首席科学家,项目经理,中国科学院高能物理研究所研究员曹震说:宇宙射线也被称为银河系陨石或宇宙事件的使者。它们本身就是宇宙天体的物质组成部分,它携带着宇宙起源,天体演化,太阳活动和地球环境等重要科学信息,因此研究宇宙线和宇宙线,它的起源是人类探索宇宙的重要途径。

  奥地利科学家赫斯于1912年首次发现宇宙线。在接下来的一百年中,有六个诺贝尔奖在与之有关的探索和研究中产生。但是,人类从未发现宇宙射线的起源。

  宇宙射线来自哪里以及如何加速到如此高的能量一直是科学家的一个难题。曹震说。

  2004年,美国国家科学技术委员会研究确定了新世纪的十一世纪科学研究之谜。宇宙射线的起源及其加速机制是最高的。宇宙射线从哪里来?

  捕捉高能宇宙射线非常困难。高能宇宙线的能量跨度为109〜1020 eV,高能宇宙线应该来自伴随着强天体活动的粒子的加速。然而,更有活力的宇宙射线也很稀少。这是因为高能粒子的数量随着能量的增加而急剧下降,每当粒子的能量增加10倍时,粒子的数量就会下降1000倍,因此最终形成的高能宇宙线粒子的数量极少到达地球。中国科学院高能物理研究所研究员何淮海解释说。

  另一方面,根据所获得的少数宇宙射线粒子样本,更难以找出它们来自哪里。曹震说:宇宙射线主要是带电粒子,它们在宇宙中随处可见的星际磁场偏转。他们到达地球的时候已经失去了原始的定位信息,所以他们不能将源头从原来的位置上撤回。

  超新星爆炸,黑洞爆炸,巨型星系之间的碰撞等,可能是我们正在寻找的来源。到底谁是真正的来源,还需要继续寻找证据。我们的高空宇宙射线观测台正是瞄准了这个重大科学问题。曹震说。

  三种类型的探测器相互配合,有望解决宇宙射线产生的问题

  由于宇宙能量越高越稀疏,较大的探测器可能捕获足够的高能宇宙射线样本进行研究。

  高山实验是充分利用大气作为观测宇宙射线和在地面观测的探测媒介的手段。探测器的尺寸可以远大于外星空基探测器的尺寸。这是超高能宇宙线观测的唯一手段。目前在建LHAASO是中国第三代高山宇宙线实验室。

  LHAASO占地面积2040英亩,由三个阵列组成:天文台内的一系列地面淋浴颗粒,一个约1平方公里的复杂地面阵列,以及由15个等边三角格子组成的约5,200个闪烁探测器米同时在地下2.5米的地下每30米铺设约1200个木子探测器;水切伦科夫探测器阵列深4.5米,占地8万平方米,完全密封,水下覆盖3000个探测单元;宽切伦科夫望远镜阵列由12个广角切伦科夫望远镜组成。这三种类型的探测器相互连接,形成一个巨大的复合探测装置。

  曹震说:宇宙射线中的伽马射线是由高能光子组成的粒子流。当它们进入地球大气层时,它们与大气中的原子核碰撞,形成一系列新的粒子,全部落到地面上,三种不同类型的LHAASO探测器检测这些落下的粒子。

  据他介绍,水切伦科夫探针阵列被设计用于探测能量较低的宇宙射线,地面阵雨粒子阵列主要用来探测能量稍高的宇宙射线。切伦科夫望远镜阵列将进行高精度的宇宙射线能谱测量。这三个阵列相互配合,对宇宙射线的特征和起源进行了严密的分析和研究,最终解决了宇宙射线的起源问题。

  凭借其高敏感度和独特的设计,将保持其在国际竞争中的优势

  为了探索宇宙射线的起源,它是一种渗透到整个宇宙的带电粒子,欧洲,美国,中国和日本的伽玛天文实验,美国的南极中微子实验和巨大的极高能源宇宙射线实验已经在许多国家形成了三大支柱研究分支。其中,伽玛天文实验特别成熟,孕育了重大的突破机会。

  目前,这个领域的国际竞争非常激烈。所有国家都在着手升级现有的实验设备。在第二代MILAGRO试验结束后,HAWC试验开始,将海拔2700米的高原地区从4100米高度移动到十几倍的灵敏度。施工任务于2015年初完成,实验观察开始。欧洲更令人印象深刻的切伦科夫望远镜阵列(CTA)计划已被列入欧洲天体物理发展路线图,以2亿欧元的成本升级现有的试验,试图用传统的点和点覆盖广泛的能源领域点观察装置。

  在这轮比赛中,中国绝不能落在后面。中国科学院高能物理研究所副所长罗小凡说,宇宙线研究已经在我国半个多世纪了。而且,中国与日本,意大利在宇宙线研究领域已有30多年的合作历史,积累了大量的成功经验。在此基础上,在全局条件较好的地方建设高空宇宙线观测站​​,采用多种检测手段,实现复杂精确的测量,大大提高了灵敏度,涵盖了更广泛的能量范围,一定会能够解开宇宙线的起源之谜,形成强大的冲击力。

  根据这个计划,LHAASO预计在2021年竣工,届时将补充世界其他三个水平宇宙线天文台的优势,共同打造宇宙线诞生的世纪之谜。

  阿根廷的皮埃尔·奥格(Pierre Oger)主要用于高能宇宙线探测,而南极冰锥探测器主要探测中微子。目前,LHAASO的主要竞争对手是欧洲Cherenkov望远镜阵列的建设,然而,由于高能γ射线探测灵敏度最高,最灵敏的高能伽马射线探测,最广泛的宇宙射线能量探测以及独特的宇宙射线粒子识别设计,LHAASO项目将在未来建成,在竞争中保持独特的优势。

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