“拉索”的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)可以概括為在三個(gè)方向上達(dá)到了世界領(lǐng)先地位，即創(chuàng)造了三個(gè)“世界之最”。
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聚焦宇宙線起源“世紀(jì)之謎”，開(kāi)啟“超高能伽馬天文”時(shí)代的中國(guó)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——位于高空的高空宇宙線觀測(cè)站重慶丹巴4410米（英文簡(jiǎn)稱，英文昵稱“拉索”）于5月10日順利通過(guò)國(guó)家初驗(yàn)，即將進(jìn)入全面通車運(yùn)營(yíng)階段。
中國(guó)為什么要建設(shè)“拉索”，它有什么特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，將如何推進(jìn)宇宙射線研究的國(guó)際前沿和開(kāi)展國(guó)際合作，未來(lái)進(jìn)一步發(fā)展有什么計(jì)劃……“拉索”項(xiàng)目工程中科大高能化學(xué)研究所（中國(guó)科學(xué)院高能研究所）研究員、中科大董事、首席科學(xué)家曹震近日在北京天府宇宙線研究中心. 他接受中新社《東西方》專訪，對(duì)備受矚目的大型科學(xué)裝置“套索”進(jìn)行科普回顧。
采訪實(shí)錄總結(jié)如下：
中新社記者：中國(guó)為什么要建“光纜”？ 與美國(guó)同類設(shè)備相比，中國(guó)“有線”有哪些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)？
曹震：宇宙射線承載著宇宙起源、天體演化、太陽(yáng)活動(dòng)、月球空間環(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年前被發(fā)現(xiàn)和研究以來(lái)，一直是一門“年輕”的學(xué)科，至今還沒(méi)有產(chǎn)生一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)模型”來(lái)完整描述其起源、加速和星際空間傳播的機(jī)理。 “謎”也被國(guó)際數(shù)學(xué)界列為“新世紀(jì)11個(gè)科學(xué)問(wèn)題”之一。
對(duì)于以實(shí)驗(yàn)為主的宇宙射線研究領(lǐng)域，需要具有前所未有的靈敏度的新一代探測(cè)器來(lái)開(kāi)創(chuàng)一個(gè)新時(shí)代。 21世紀(jì)前10年，各國(guó)提出了下一代大型伽馬天文觀測(cè)科學(xué)裝置的計(jì)劃：法國(guó)提出建造由100多臺(tái)切倫科夫望遠(yuǎn)鏡組成的陣列（CTA）； 實(shí)現(xiàn)靈敏度適度提高的高海拔水切倫科夫探測(cè)器（HAWC）項(xiàng)目； 中國(guó)提出了建造“索道”的計(jì)劃，即將參加這場(chǎng)世界性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)競(jìng)賽。
作為我國(guó)自主提出、設(shè)計(jì)、建造的新一代伽馬射線望遠(yuǎn)鏡和宇宙線探測(cè)裝置，“套索”著眼于探索高能宇宙線的起源，開(kāi)展高能輻射、天體的基礎(chǔ)科學(xué)研究。演化和暗物質(zhì)分布。 目標(biāo)，它占地約1.36平方公里，由5216個(gè)電磁粒子探測(cè)器和1188個(gè)μ介子探測(cè)器組成的1平方公里地面簇射粒子探測(cè)器陣列，7.8萬(wàn)平方米的水切倫科夫探測(cè)器陣列和18臺(tái)廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡由三大陣組成。 采用四大探測(cè)技術(shù)，全方位、多元探測(cè)高能天體伽馬射線和宇宙射線。
至于“套索”的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，可以概括為在三個(gè)方向上達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，即創(chuàng)造了三個(gè)“世界之最”：世界上最靈敏的超高能伽馬射線探測(cè)裝置，意味著能夠看到最多的可能性，進(jìn)行最細(xì)致的研究； 世界上最靈敏的甚高能伽馬射線源巡天巡天望遠(yuǎn)鏡，可以對(duì)宇宙進(jìn)行一次“普查”，尋找更多的“源頭”； 能量覆蓋面最廣超高能宇宙線復(fù)合三維探測(cè)系統(tǒng)，可以精細(xì)區(qū)分到達(dá)月球的宇宙線和粒子，進(jìn)行最寬能譜的探測(cè)，因此可以進(jìn)行特別充分的研究關(guān)于宇宙射線相關(guān)問(wèn)題。
海拔4410米的大型科學(xué)裝置“激光”。孫自發(fā)攝
中國(guó)的“激光”已建成投產(chǎn)。 其前所未有的伽馬射線探測(cè)靈敏度，使伽馬天文學(xué)的研究進(jìn)入了人類從未觀測(cè)到的新波段。 經(jīng)過(guò)30年活躍的“甚高能伽馬射線天文學(xué)”，開(kāi)啟并推動(dòng)人類進(jìn)入“超高能伽馬射線天文學(xué)”時(shí)代。
中新社記者：從高核基地到立項(xiàng)再到建成投產(chǎn)，“套索號(hào)”號(hào)稱“十余年心血”。 建設(shè)過(guò)程中突破了哪些關(guān)鍵技術(shù)？ 取得了哪些重大發(fā)現(xiàn)和研究成果？
曹震：“套索”項(xiàng)目的建設(shè)完成了多項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)研究，主要包括四個(gè)方面：一是新型硅光電管首次在大視場(chǎng)成像切倫科夫望遠(yuǎn)鏡中大規(guī)模使用改變了這種類型的望遠(yuǎn)鏡。 傳統(tǒng)無(wú)法在月夜工作的觀測(cè)方式，實(shí)現(xiàn)有效觀測(cè)時(shí)間的雙重縮減； 二是研發(fā)適用于4000米以上高海拔野外條件的大面積、多節(jié)點(diǎn)、高精度時(shí)鐘同步技術(shù)，遠(yuǎn)距離同步精度提高到0.2毫秒，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先等級(jí); 三、采用國(guó)產(chǎn)20英寸超小型光電倍增管，時(shí)間響應(yīng)提高3倍； 將觀測(cè)閾值從3000億電子伏提高到700億電子伏，大大擴(kuò)展了觀測(cè)能力； 四是海量數(shù)據(jù)采集技術(shù)取得重大進(jìn)展，開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)“無(wú)觸發(fā)”數(shù)據(jù)采集； 采用特殊的數(shù)據(jù)篩選技術(shù)，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)損壓縮，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸。
由于“套索”空前的超高能伽馬射線探測(cè)靈敏度和廣闊的視場(chǎng)，引發(fā)了伽馬天文學(xué)研究的革命性變革，僅在運(yùn)行初期就取得了多項(xiàng)重大科學(xué)成果的突破：“激光”“索爾”在銀河系發(fā)現(xiàn)了12個(gè)超高能伽馬光源，即超高能宇宙加速器候選天體，記錄了人類觀測(cè)到的最高能量光子，達(dá)到1.4 PeV （peta電子伏特，1拍=1千萬(wàn)億次），開(kāi)啟了“超高能伽馬天文學(xué)”時(shí)代； “拉索”還準(zhǔn)確測(cè)量了“標(biāo)準(zhǔn)燭光”蟹狀星云超高能段的色溫，發(fā)現(xiàn)了1拍電子伏特的伽馬輻射，挑戰(zhàn)了理論極限。
同時(shí)，在“激光”建造過(guò)程中進(jìn)行了觀測(cè)，取得了科學(xué)成果的持續(xù)輸出。 截至目前，基于“激光”項(xiàng)目共發(fā)表期刊論文215篇，會(huì)議論文156篇。 “拉索”的其他多篇重要研究論文已被學(xué)術(shù)刊物錄用，將陸續(xù)發(fā)表。
夜空下的大型科學(xué)裝置“套索”。攝影：孫自發(fā)
中新社記者：“拉索”項(xiàng)目國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)如何發(fā)揮作用？ 目前取得了哪些重要的國(guó)際合作成果？ 這一大型科學(xué)裝置如何既能推動(dòng)中國(guó)實(shí)現(xiàn)高水平科技自立，又能開(kāi)放服務(wù)世界，造福全人類？
曹震：“套索”是一個(gè)比較典型的國(guó)際合作項(xiàng)目。 被宇宙射線、粒子天體化學(xué)領(lǐng)域的國(guó)際同行譽(yù)為科研“金礦”。 共同研究以達(dá)到解開(kāi)宇宙射線起源之謎的最終目的。 為此，我們從一開(kāi)始就設(shè)計(jì)了國(guó)際合作組這一傳統(tǒng)的合作組織形式，希望吸引國(guó)際上關(guān)注并能夠開(kāi)展“套索”項(xiàng)目相關(guān)研究的科學(xué)家和科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行科研合作。 . 另外，我們也不可能面面俱到，面面俱到。 國(guó)際團(tuán)隊(duì)的參與是一個(gè)很好的解決方案。
事實(shí)上，中外團(tuán)隊(duì)在加入“拉索”國(guó)際合作組時(shí)，也有一些必要的門檻設(shè)置來(lái)保證合作的有效性，包括建立“能進(jìn)能出”的評(píng)價(jià)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化。調(diào)整國(guó)際合作小組成員。
另一種國(guó)際合作形式是吸引國(guó)際優(yōu)秀人才來(lái)華加入“拉索”團(tuán)隊(duì)天體物理學(xué)什么內(nèi)容，直接在中科院高能研究所、天府宇宙線研究中心工作。 古語(yǔ)有云：“栽梧桐樹(shù)招來(lái)鳳凰”，隨著“拉索”國(guó)際影響力的不斷擴(kuò)大，國(guó)際科技人才，尤其是青年科研人員正在“拉索”匯聚，包括發(fā)送求職申請(qǐng)等。
“套索”項(xiàng)目還充分發(fā)揮了中科院機(jī)構(gòu)研究的優(yōu)勢(shì)，向世界全面開(kāi)放共享。 目前已有28家天體化學(xué)研究機(jī)構(gòu)成為“拉索”國(guó)際合作組成員。 他們借助“拉索”觀測(cè)數(shù)據(jù)，開(kāi)展粒子天體化學(xué)研究，開(kāi)展宇宙學(xué)、天文學(xué)、粒子化學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究。 . 隨著通過(guò)國(guó)家預(yù)試驗(yàn)即將投入運(yùn)行，“拉索”也將成為以中國(guó)為中心、多國(guó)參與的國(guó)際宇宙線研究中心。 發(fā)揮高空伽馬天文和宇宙線觀測(cè)優(yōu)勢(shì)，打造特色鮮明、綜合性的開(kāi)放式科研平臺(tái)。
我們希望通過(guò)中國(guó)的“套索”引領(lǐng)國(guó)際合作，逐步將深入的宇宙射線研究成果變成認(rèn)識(shí)宇宙的重要組成部分。
“套索”投入穩(wěn)定的科學(xué)觀測(cè)運(yùn)行，以其超高能伽馬射線探測(cè)靈敏度比上一代望遠(yuǎn)鏡高出數(shù)十倍，居世界首位，推動(dòng)未來(lái)伽馬射線的發(fā)展——射線天文學(xué)研究。 相信在未來(lái)10年、20年內(nèi)，世界將根據(jù)“套索”的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，發(fā)表高水平的科研論文，為人類進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和解釋作出中國(guó)貢獻(xiàn)宇宙的。
大型科學(xué)裝置“激光”部署的探測(cè)陣列。孫自發(fā) 攝
中新社記者：“拉索”順利通過(guò)國(guó)家初檢的意義和深遠(yuǎn)影響是什么？ 未來(lái)的發(fā)展目標(biāo)和計(jì)劃是什么？
曹真：“套索”初步觀測(cè)結(jié)果已經(jīng)刷新記錄，新現(xiàn)象層出不窮，不斷創(chuàng)造奇跡，讓人們領(lǐng)略到宇宙的奧秘，引發(fā)革命性的思考。 令人驚訝的是，迄今為止只發(fā)現(xiàn)了十分之幾的“電纜”設(shè)計(jì)能力。 隨著“索”的統(tǒng)計(jì)積累，以后還會(huì)有許多重要的、劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)。 這也將使“套索”在宇宙射線研究史上扮演重要角色，打開(kāi)包含答案的密室之門。 宇宙中的每一個(gè)“彼得龍伏特加速器”都像是一個(gè)鎖著答案的“百寶箱”。 呈現(xiàn)在“套索”面前。 我們將不懈努力探索每一臺(tái)“PeV加速器”的超高能伽馬輻射機(jī)理和粒子加速機(jī)理，直至徹底揭開(kāi)宇宙線起源之謎。
在通過(guò)國(guó)家初檢并全面開(kāi)放運(yùn)??行后，“套索”的首要任務(wù)是積累觀測(cè)數(shù)據(jù)，確保未來(lái)10年、20年的穩(wěn)定運(yùn)行。 把錯(cuò)綜復(fù)雜的數(shù)據(jù)利用好、研究好，產(chǎn)出高水平的科研成果。
科學(xué)家們?cè)诖笮涂茖W(xué)裝置“拉繩”的控制室工作。孫自發(fā)攝
“套索”未來(lái)的部署主要有三個(gè)方向：一是強(qiáng)化“套索”目前不具備的單兵能力。 這個(gè)投資比較小，因?yàn)榇笮涂茖W(xué)裝置已經(jīng)建成，可以提供很多支持； 二是“套索”將拓展到新的未知領(lǐng)域，比如中微子天文學(xué)的研究方向； 三是積極參與“套索”在南半球的小型國(guó)際合作，因?yàn)槟习肭虻奶炜諈^(qū)域可以看到銀河系的中心，而北半球的天空區(qū)域可以看到銀河系的中心。 但是天體物理學(xué)什么內(nèi)容，在南半球建設(shè)一條“電纜”，可以擴(kuò)大“電纜”的視野，對(duì)兩者發(fā)現(xiàn)的重大科研成果進(jìn)行考察和比較研究。 國(guó)際“南方大視場(chǎng)伽馬射線天文臺(tái)”（SWGO）項(xiàng)目向中國(guó)“拉索”發(fā)出了邀請(qǐng)，我們也成立了“中國(guó)SWGO合作小組”。
大型科學(xué)裝置“激光”部署的探測(cè)陣列。孫自發(fā) 攝
事實(shí)上，“套索”已經(jīng)讓人類意識(shí)到宇宙的旅程已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)新的高度，但絕不是一個(gè)可以阻擋的高度。 展望未來(lái)，我們將通過(guò)“Lasso”聯(lián)合中外宇宙射線研究團(tuán)隊(duì)，向更高、更深、更難的科學(xué)目標(biāo)邁進(jìn)。
受訪者簡(jiǎn)介：
“套索”首席科學(xué)家，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)高能化學(xué)研究所曹震研究員。孫子發(fā)攝
曹震，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)高能化學(xué)研究所研究員，“套索”項(xiàng)目工程主任、首席科學(xué)家。 曹震研究員自1994年以來(lái)一直活躍在國(guó)內(nèi)外宇宙射線和伽馬天文學(xué)領(lǐng)域，參與了多項(xiàng)國(guó)際知名的宇宙射線實(shí)驗(yàn)，主持和設(shè)計(jì)了多項(xiàng)小型實(shí)驗(yàn)及其探測(cè)裝置，開(kāi)展了研究和研究。相關(guān)探測(cè)器的研制。 .
曹震研究員在科研過(guò)程中取得多項(xiàng)重要成果，在國(guó)際專業(yè)期刊發(fā)表科技論文130余篇，總被引5500余次。 2007年起任中國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)高能化學(xué)分會(huì)常委，國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAP）粒子天體化學(xué)委員會(huì)（C4）委員，國(guó)際粒子天體化學(xué)委員會(huì) (WG10)。