“拉索”首席科学家曹臻：我们建成全球最灵敏的“火眼金睛” 每天迎接数十亿“天外来客”｜我的这十年

高海拔宇宙线观测站拉索

封面新闻记者 陈彦霏 受访者供图

8月18日，中共四川省委“中国这十年·四川”主题新闻发布会在成都举行。

发布会提到，四川正在成为国家战略科技力量重要承载区和创新要素加速汇聚地。四川拥有亚洲最大的航空风洞群、高海拔宇宙线观测站、极深地下暗物质实验室等国家重大科技基础设施。

位于甘孜稻城的高海拔宇宙线观测站，是全球灵敏度最高的高能宇宙线探测装置，犹如孙悟空的“火眼金睛”，最近发现了最高能量光子，开启了“超高能伽马天文学”时代。

十年磨一剑，拉索是怎样从规划、建设、建成到投入使用产生成果的？封面新闻记者对话了高海拔宇宙线观测站（LHAASO，简称拉索）项目首席科学家、项目工程经理曹臻。

曹臻（右三）在项目现场

宇宙无限，信使有痕。

拉索的核心目标是帮助科学家接住从外太空洒向地球的宇宙线，这些宇宙线相当于一个个“信使”，其携带的信息能帮助人们探索高能宇宙线起源、宇宙演化以及高能天体演化的奥秘。

1949年，以张文裕为代表的中国第一代宇宙线研究者归国后，着手在云南东川的落雪山上建立实验室，使用传统的云雾式探测器进行研究。不过到了20世纪70年代，实验室才进入“可用的状态”，此时大型加速器已经成为粒子物理实验研究的主力。

20世纪80年代末，第二代探索者接力，开始申请启动西藏羊八井探测站建设，“那个时候我们整体处于学习阶段，没有充足的经费投入到探测设备，但我们有年轻的队伍和优良的站址。”曹臻回忆，中方负责羊八井基地建设，日方则提供阵列设备。

抱着看到更广阔宇宙的坚定信念，曹臻带领团队在2009年正式提出建设“拉索”，2008年4月至2014年3月期间，曹臻团队通过对我国高海拔地区的广泛选址和实地踏勘调研，高海拔宇宙线观测站项目最终选定位于四川稻城海子山，并在海拔较低的稻城县城区建立测控基地。

2013年，在国务院发布的《国家重大科技基础设施建设中长期规划（2012-2030年）》中，拉索被列为16个优先安排的重大项目之一。

2014年8月，中国科学院和四川省人民政府签订《高海拔宇宙线观测站共建框架协议书》，标志着拉索正式落户四川。

建设中的拉索

2017年，拉索在稻城县海子山上破土动工。曹臻表示，之所以选址在四川稻城，是因为宇宙线粒子穿越大气层时容易被吸收，越是在海拔高、空气稀薄的地方设置探测器，其捕捉的灵敏度更高，接收到宇宙线粒子信号的可能性越大，但海拔如果太高，建设又太困难。

“除了良好的自然条件外，还离不开四川省委省政府的大力支持。”曹臻说。

在无人区建设如此浩大的工程，最先需要克服的困难，就是基础设施需要从零做起。曹臻介绍，第一批建设团队进驻稻城站址时，就发生了惊险的一幕：因为没有可居住的房屋，只能扎帐篷睡觉，当时天还下着雪，群狼围着人们的帐篷边转边叫，但好在并没有冲进帐篷。

光电倍增管组成的水切伦科夫探测器阵列

曹臻介绍，除了建设工人，科学家们也都奋战在建设一线。总面积78000千平米的水切伦科夫探测器阵列，就是由一支平均年龄37岁的青年科学家团队建设完成，面对约2.5个水立方大小、装有35万吨水的探测器阵列，他们在建设过程中面临的是预研300倍的项目规模和艰苦的环境。

其中一个步骤，是科学家们将3120个光电倍增管安装到78000千平米阵列中，再注满纯净水。“注水前的巨大密闭水池内不见阳光，整个安装季基本保持在零下4℃左右，工作环境非常具有挑战性。”曹臻说。

因为工程量大，工期长，拉索采取边建设边运行的方式，已经产生出不少令世界瞩目的成果。除了测定蟹状星云“标准烛光”超高能段亮度，2021年5月17日，拉索还发现首批“拍电子伏加速器”和最高能量光子，开启“超高能伽马天文学”时代，该成果发布在《自然》期刊上；2022年2月3日，国际物理学权威杂志《物理评论快报》发表“拉索”最新成果 ，再次验证爱因斯坦相对论时空对称正确性。

建设中的拉索

2021年底，拉索正式通过性能工艺验收，正式进入科学运行阶段。

从高空俯瞰，占地1.36平方公里LHAASO是由3个探测器阵列组成。占地面积最大的是一平方公里地面簇射粒子阵列，由5216个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器组成，星罗密布的电磁粒子探测器按边长15米的正三角形点阵分布；缪子探测器则和点阵搭配，每隔30米就可以看到一个高2.5米的“土堆”。

此外，在拉索大圆盘的中心，有一块醒目的“品”字形方块，那是78000平方米水切伦科夫探测器，探测器内部是深4.5米的密闭水池，水底布满拥有3000多路探测单元的水切伦科夫探测器阵列。水池两角，18台集装箱式样的广角切伦科夫望远镜组成阵列，相互配合着完成360度无死角守望。

“三种探测器阵列分工有所不同，相互间可印证且补充。”曹臻举例，望远镜阵列记录的就是宇宙线到达地面前在空中发展的全过程，而其他两个阵列则捕捉到达时的瞬间信息。“这样高度复合型且能够覆盖多能段的探测阵列在全世界少见。”

曹臻（左一）在项目现场

如今，完成建设后的拉索每天都会“迎接”数十亿“天外来客”宇宙线，成为地球上最繁忙的“宇宙驿站”。未来，拉索还将通过对这些宇宙线的研究，发现更多宇宙的奥秘。“科学家是最有好奇心的一群人，对未知的渴望促使我们继续去探索宇宙深处的加速器，对宇宙做更深入的解读。”曹臻说。