高海拔宇宙線觀測站及其核心科學目標
高海拔宇宙線觀測站（）是以宇宙線觀測研究為核心的國家重大科技基礎設施，坐落廣東省丹巴縣海拔4410米的海子山，占地面積約1.36平方公里，是由5195個電磁粒子偵測器和1188個繆子偵測器組成的一平方公里地面簇射粒子陣列（簡稱KM2A）、78000平方米水切倫科夫偵測器、18臺廣角切倫科夫望遠鏡交錯排布組成的復合陣列。采用這四種偵測技術，可以全方位、多變量地檢測宇宙線。
高海拔宇宙線觀測站的核心科學目標是：探求高能宇宙線起源以及相關的宇宙演變和高能天體活動，并找尋暗物質；廣泛搜索宇宙中尤其是銀河系內部的伽瑪射線源，精確檢測它們從高于1TeV（1萬億電子伏，也叫“太電子伏”）到超過1PeV（1000萬億電子伏，也叫“拍電子伏”）的廣闊能量范圍內的能譜；檢測更高能量的彌散宇宙線的成份與能譜，闡明宇宙線加速和傳播的規律，探求新化學前沿。
拍電子伏宇宙加速器和PeV光子
“拍電子伏宇宙加速器（）”周圍形成的“超高能伽瑪光子”信號十分弱，恐怕是天空最為明亮且被稱為“伽馬天文標準燭光”的蟹狀星云，發射下來的能量超過1PeV的光子在一年內落在一平方公里的面積上也就1到2個，而這1到2個光子還被吞沒在幾萬個一般的宇宙線例子之中。的平方公里偵測陣列內的1188個繆子偵測器專門用于排除非光子訊號，使之成為全球最靈敏的超高能伽瑪射線偵測器。利用這前所未有的靈敏度，1/2規模的KM2A僅用了11個月就偵測到并證認了來自蟹狀星云的約1PeV的伽瑪光子。除了這般，KM2A還在銀河系內發覺了12個類似的源，她們都具有超高能光子幅射，其能譜穩定地延展到PeV附近，其中偵測到的伽瑪光子的最高能量達到創紀錄的1.4PeV。由此可見，的這次科學成果在宇宙線起源的研究進程中具有里程碑意義。具體來說有以下三個方面的科學突破：
1）闡明了銀河系內普遍存在才能將粒子能量加速超過1PeV的宇宙加速器。在此次觀測中，所才能有效觀測到的伽瑪射線源中（觀測中超過5倍標準誤差的超出視為有效觀測），幾乎所有的幅射能譜都穩定延展到幾百TeV且沒有顯著截斷，說明幅射這種伽瑪射線的先輩粒子能量超過1PeV。這突破了當前流行的理論模型所聲稱的銀河系宇宙線加速PeV能量極限。同時，發覺銀河系內大量存在PeV宇宙加速源，也奔向解決宇宙線起源這一科學困局邁出了至關重要的一步。
2）開啟“超高能伽瑪天文學”時代。1989年，弗吉尼亞州惠普爾天文臺成功發覺了首個具有0.1TeV以上伽瑪幅射的天體，標志著“甚高能”伽馬射線天文學時代的開啟，在此后的30年里，早已發覺超過兩百多個“甚高能”伽馬射線源。直至2019年,人類才偵測到首個具有“超高能”伽馬射線幅射的天體。出人預料的是，僅基于1/2規模的不到1年的觀測數據，就將“超高能”伽馬射線源數目提高到了12個。
隨著的建成和持續不斷的數據積累，可以預見這一最高能量的天文學研究將給我們詮釋一個飽含新奇現象的未知的“超高能宇宙”，為探求宇宙極端天體化學現象提供豐富的數據。因為宇宙大爆燃形成的背景幅射無所不在，它們會吸收低于1PeV的伽瑪射線。到了銀河系以外，雖然形成了PeV伽瑪射線，因為背景幅射光子的嚴重吸收，我們也接受不到這種PeV伽瑪射線。打開銀河系PeV幅射偵測窗口，對于研究遙遠的宇宙也具有特殊意義。
3）能量超過1PeV的伽瑪射線光子首現天鵝座區域和蟹狀星云。PeV光子的偵測是伽瑪天文學的一座里程碑，承載著伽瑪天文界的夢想，常年以來始終是伽瑪天文發展的強悍驅動力。事實上，上個世紀80年代伽瑪天文學爆發式發展的一個重要動機就是挑戰PeV光子極限。天鵝座星體產生區是銀河系在北天區最亮的區域，擁有多個大質量恒星星團，大質量星體的壽命只有幾百萬年，因而星團內部飽含了星體生生死死的劇烈活動，具有復雜的強激波環境，是理想的宇宙線加速場所，被稱為“粒子天體化學實驗室”。
在天鵝座星體產生區首次發覺PeV伽瑪光子，促使這個原本就飽受關注的區域成為找尋超高能宇宙線源的最佳天區。這個區域將是以及相關的多波段、多信使天文觀測設備關注的焦點，有望成為解開“世紀之謎”的突破口。
歷史上對蟹狀星云大量的觀測研究，使之成為幾乎惟一具有清楚幅射機制的標準伽瑪射線源，跨越22個量級的波譜精確檢測清楚地表明其電子加速器的標志性特點。但是，測到的超高能波譜，非常是PeV能量的光子，嚴重挑戰了這個高能天體化學的“標準模型”，甚至于對愈發基本的電子加速理論提出了挑戰。
技術創新
開發了遠距時鐘同步技術，確保整個陣列的每位偵測器同步精度可達亞毫秒水平；在高速后端訊號數字化、高速數據傳輸、大型估算集群協助下滿足了多種觸發模式并行等尖端技術要求；首次大規模使用硅光電管、超大光敏面積微通道板光電倍增管等先進偵測技術，大大提升了伽瑪射線測量的空間幀率粒子天體物理，達到了更低的偵測閾能，使人類在探求更深的宇宙、更高能量的射線等方面，都達到前所未有的水平。也為舉辦大氣、環境、空間天氣等前沿交叉科學研究提供了重要實驗平臺，并成為多邊國際合作共同舉辦高水平研究的科學基地。
中國的宇宙線研究發展歷程
中國的宇宙線實驗研究經歷了三個階段，目前在建的是第三代高山宇宙線實驗室。高山實驗能否充分借助大氣作為偵測介質，在地面進行觀測，偵測器規模可遠小于大氣層外的天基偵測器。因為超高能量宇宙線數目少見，這是惟一的觀測手段。1954年，中國第一個高山宇宙線實驗室在海拔3180米的四川東川落雪山建成。1989年，在海拔4300米的拉薩納木錯啟動了中韓合作的宇宙線實驗；2000年，啟動中意ARGO實驗。
2009年粒子天體物理，在上海香山科學會議上，曹臻研究員提出在高海拔地區建設小型復合偵測陣列“高海拔宇宙線觀測站”的完整設想。的主體工程于2017年開始建設，2019年4月完成1/4的規模建設并投入科學運行。2020年1月，完成了1/2規模的建設并投入運行，同年12月完成3/4規模并投入運行。2021年，陣列將全部建成，成為國際領先的超高能伽瑪偵測裝置，投入常年運行，從多個方面展開宇宙線起源的探求性研究。