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宇宙，这个浩瀚无垠的空间，自古以来就激发着人类无尽的好奇和探(tàn)索(suǒ)欲(yù)望(wàng)。两(liǎng)千(qiān)年(nián)前(qián)，屈(qū)原(yuán)在(zài)《天(tiān)问(wèn)》中(zhōng)探(tàn)寻(xún)宇(yǔ)宙(zhòu)奥(ào)秘(mì)，“天(tiān)何(hé)所(suǒ)沓(dá)？十(shí)二(èr)焉(yān)分(fēn)？日(rì)月(yuè)安(ān)属(shǔ)？列(liè)星(xīng)安(ān)陈(chén)？”。今(jīn)天(tiān)，中(zhōng)国(guó)科(kē)学(xué)家(jiā)用(yòng)世(shì)界(jiè)领(lǐng)先(xiān)的(de)高(gāo)海(hǎi)拔(bá)宇(yǔ)宙(zhòu)线(xiàn)观(guān)测(cè)站(zhàn)（LHAASO，简(jiǎn)称(chēng)拉(lā)索(suǒ)），在(zài)海(hǎi)拔(bá)4410米(mǐ)的(de)稻(dào)城(chéng)，捕(bǔ)捉(zhuō)来(lái)自(zì)深(shēn)空的超高能粒子，努力破解宇宙线起源这个百年科学难题。

宇宙线的神奇之旅

随着科学技术的不断进步，我们得以通过各种手段探寻宇宙的奥秘。其中，宇宙线作为来自宇宙空间的高能粒子，携带(dài)着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)起(qǐ)源(yuán)、天(tiān)体(tǐ)演(yǎn)化(huà)等(děng)多(duō)方(fāng)面(miàn)的(de)重(zhòng)要(yào)科(kē)学(xué)信(xìn)息(xi)，成(chéng)为(wèi)了(le)人(rén)类(lèi)探(tàn)索(suǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)的(de)重(zhòng)要(yào)途(tú)径。宇(yǔ)宙(zhòu)线(xiàn)主要(yào)由(yóu)质(zhì)子(zi)、氦(hài)核(hé)、铁(tiě)核(hé)、正(zhèng)负(fù)电(diàn)子(zi)、光(guāng)子(zi)、中(zhōng)微(wēi)子(zi)等(děng)多(duō)种(zhǒng)成(chéng)分(fēn)组(zǔ)成(chéng)，是(shì)人(rén)类目前能从宇宙深处获得的唯一物质样本。“宇宙线携带着宇宙起源、天体演化、太阳活动等方面的重要科学信息，研究宇宙线及其起源是人类探索宇宙的重要途径。”中国科(kē)学(xué)院(yuàn)院(yuàn)士(shì)、拉(lā)索(suǒ)首(shǒu)席(xí)科(kē)学(xué)家(jiā)、中(zhōng)国科学院高能物理所研究员曹臻介绍。

宇宙线的(de)一(yī)个(gè)显著特点是其能量极高。人类为了研究这些高能粒子，建造了巨大的加速器，如欧洲核子研究组织（CERN）的大型强子对撞机（LHC）。然而，即使是这样的加速器，也难以达到宇宙线中能量最高的粒子的水平。这使得宇宙线成为研究极端物理现象和检验基本物理定律的理想对象。

宇宙中为什么能加速如此高能量的粒子？它们是怎么加速的？要回答这些问题，需要精确测量宇宙线的(de)性(xìng)质(zhì)并(bìng)追(zhuī)溯(sù)其源头。

拉索：捕捉宇宙线的利器

宇宙线粒子进入大气层后，会与大气中的原子核相互作用产生次级粒子，它们继续和原子核相互作用，一变十、十变百，重复很多次次，最终次级粒子数最高可达百亿，在空气中像一场粒子“阵雨”，在亿分之一秒内散布在数平方公里的面积上，这个过程叫做空气簇射。科学家建造地基探测器，可以通过探测次级粒子，也就是这些宇宙线在大气中或到达地面后留下的痕迹，反推它们的性质和起源。

位于四川稻城海子山的高海拔拉索宇宙线观测站是目前世界上海拔最高、规模最大、灵敏度最高的超高能伽马射线探测装置之一。

拉索航拍图/来源于中国科学院高能物理研究所

拉索观测站之所以选址在高海拔地区，是因为高海拔地区的空气稀薄，大气对宇宙线的吸收较少，有利于捕捉到更多的宇宙线信息，为宇宙线的研究提供了得天独厚的优势。拉索创新性采用复合观测模式，由5216个电磁粒子探测器与1188个缪子探测器联合构成的1平方公里的地面簇射粒子探测器阵列（KM2A）、3120个探测单元构成的78000平方米的水切伦科夫探测器阵列（WCDA）、18台望远镜构成的广角切伦科夫望远镜阵列这三种阵列组成。这些探测器用于承接来自外太空的“粒子雨”，能够精确测量宇宙线的方向、能量和成分等信息，为科学家提供数据资源并深入研究宇宙线的起源、加速机制以及传播过程等关键问题。曹臻介绍：“随着观测时间的增加，拉索还可能探测到更高能量宇宙线的加速源，有望解决银河系宇宙线起源之谜。”

银河深处的“超(chāo)级(jí)加(jiā)速(sù)器(qì)”

由(yóu)于(yú)拉(lā)索(suǒ)前(qián)所(suǒ)未(wèi)有(yǒu)的(de)超(chāo)高(gāo)能(néng)伽(jiā)马(mǎ)射(shè)线(xiàn)探(tàn)测(cè)灵(líng)敏(mǐn)度(dù)和(hé)宽(kuān)阔(kuò)的(de)视(shì)场(chǎng)，引(yǐn)起(qǐ)伽(jiā)马(mǎ)天(tiān)文研(yán)究(jiū)的(de)革(gé)命(mìng)性(xìng)变(biàn)化(huà)，仅(jǐn)在(zài)初(chū)步(bù)运(yùn)行(xíng)期(qī)间(jiān)就(jiù)在(zài)银(yín)河(hé)系(xì)内(nèi)发(fā)现(xiàn)了(le)12个(gè)超(chāo)高(gāo)能(néng)伽(jiā)马(mǎ)光(guāng)源(yuán)，也就是超高能宇宙加速器候(hou)选(xuǎn)天(tiān)体(tǐ)，并(bìng)记(jì)录(lù)到(dào)人(rén)类(lèi)观(guān)测(cè)到(dào)的(de)最(zuì)高(gāo)能(néng)量(liàng)光(guāng)子(zi)，达(dá)到(dào)1.4PeV（eV“电(diàn)子(zi)伏(fú)特(tè)”是(shì)粒(lì)子(zi)物(wù)理(lǐ)学(xué)中(zhōng)的(de)能(néng)量(liàng)单(dān)位(wèi)，PeV读(dú)作(zuò)“拍(pāi)电(diàn)子(zi)伏(fú)特(tè)”，1PeV = 1×1015 eV），开(kāi)启(qǐ)了(le)“超(chāo)高(gāo)能(néng)伽(jiā)马(mǎ)天(tiān)文学(xué)”时(shí)代(dài)。

实(shí)验(yàn)中(zhōng)发(fā)现(xiàn)的(de)12个(gè)稳(wěn)定(dìng)伽(jiā)马(mǎ)射(shè)线(xiàn)源(yuán)示(shì)意(yì)图(tú)

来(lái)源(yuán)于(yú)中(zhōng)国(guó)科(kē)学(xué)院(yuàn)高(gāo)能(néng)物(wù)理(lǐ)研(yán)究(jiū)所(suǒ)

在(zài)此(cǐ)后(hòu)的(de)2年(nián)多(duō)里(lǐ)，拉(lā)索(suǒ)继(jì)续(xù)观(guān)测(cè)到(dào)大(dà)量(liàng)来(lái)自(zì)天(tiān)鹅(é)座(zuò)恒(héng)星(xīng)的(de)伽(jiā)马(mǎ)光(guāng)子(zi)，发(fā)现(xiàn)了(le)在(zài)天(tiān)鹅(é)座(zuò)有(yǒu)一(yī)个(gè)巨(jù)型(xíng)超(chāo)高(gāo)能(néng)伽(jiā)马(mǎ)射(shè)线(xiàn)泡(pào)状(zhuàng)结(jié)构(gòu)，并(bìng)从(cóng)中(zhōng)找(zhǎo)到(dào)了(le)能(néng)量(liàng)高(gāo)于(yú)1亿(yì)亿(yì)电(diàn)子(zi)伏(fú)的(de)宇(yǔ)宙(zhòu)线(xiàn)的(de)起(qǐ)源(yuán)的(de)候(hou)选(xuǎn)天(tiān)体(tǐ)。据(jù)介(jiè)绍(shào)，拉(lā)索(suǒ)此(cǐ)次(cì)发(fā)现(xiàn)的(de)巨(jù)型(xíng)超(chāo)高(gāo)能(néng)伽(jiā)马(mǎ)射(shè)线(xiàn)泡(pào)状(zhuàng)结(jié)构(gòu)，距(jù)我(wǒ)们(men)至(zhì)少(shǎo)5000光(guāng)年(nián)，尺(chǐ)度(dù)超(chāo)过(guò)1000万(wàn)个(gè)太(tài)阳(yáng)系(xì)。泡(pào)状(zhuàng)结(jié)构(gòu)内(nèi)有(yǒu)多(duō)个(gè)能(néng)量(liàng)超(chāo)过(guò)1千(qiān)万(wàn)亿(yì)电(diàn)子(zi)伏(fú)的(de)光(guāng)子(zi)，最(zuì)高(gāo)达(dá)到(dào)2千(qiān)万(wàn)亿电子伏，发出这些光子的宇宙线粒子能量是人造加速粒子的几千倍。这些新的发现表明泡内部存在着“超级宇宙线加速器”，源源不断地发射出超过万万亿电子伏特的高能宇宙线。

由超级宇宙线加速器产生的超高能伽马射线泡示意图

来源于中国科学院高能物理研究所

拉索还根据观测推断出泡内超级宇宙线加速器使得周边星际空间的宇宙线密度显著高于银河系内宇宙线的平均水平。其所影响的空间范围甚至远超目前观测到的气泡尺度，为拉索此前探测到的银河系弥散伽马射线辐射的超出提供了一种可能的解释。

虽然人类100多年前就发现了宇宙线的存在，但是迄今为止宇宙线的起源仍是一个谜团。“广袤的宇宙包含了无穷的奥秘，我们永远都在(zài)探(tàn)索(suǒ)奥(ào)秘(mì)的(de)征(zhēng)途(tú)之(zhī)上(shàng)。”正(zhèng)如(rú)曹(cáo)臻(zhēn)院(yuàn)士(shì)所(suǒ)言(yán)，科(kē)学(xué)技(jì)术(shù)的(de)不(bù)断(duàn)进(jìn)步(bù)和(hé)观(guān)测(cè)站(zhàn)建(jiàn)设(shè)的(de)不(bù)断(duàn)完(wán)善(shàn)，人(rén)类(lèi)对(duì)宇(yǔ)宙(zhòu)线(xiàn)的(de)认(rèn)识(shi)将(jiāng)不(bù)断(duàn)深(shēn)化(huà)，我(wǒ)们(men)有理由相信，在不久的将来，人类将能够揭开更多宇宙线的奥秘，为探索宇宙的本质和演化历程作出更大的贡献。

（中国科学院院士、LHAASO（拉索）首席科学家、天府宇宙线研究中心主任、中国科学院高能物理研究所研究员曹臻在2025天演说科普跨年中的分享，光明网记者田新宇整理）