大型超高能伽馬源立體跟蹤裝置（LACT）工程啟動建設。天府宇宙線研究中心供圖
川觀新聞記者 文露敏 彭瑀珩
甘孜州稻城縣海子山，海拔4410米。草甸和礫石一望無際，國家重大科技基礎設施高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，拉索）矗立在這里，望向深空。
過去的一年，中國科學院高能物理研究所研究員張壽山又開始頻繁搭乘從成都到稻城的航班。
拉索未建成時，他是廣角切倫科夫望遠鏡陣列的負責人。現(xiàn)在，他上山的理由又多了一個——大型超高能伽馬源立體跟蹤裝置（LACT）項目?！翱傊笓]”，大家開始這么稱呼他。
憑借拉索，中國科學家率先觸摸到宇宙線起源的答案輪廓，而LACT要讓答案更加清晰。如果把拉索比作仰望宇宙的“雙眼”，LACT就是為其配備的“高清望遠鏡”。
近日，多信使天文學前沿論壇暨LACT工程啟動會在成都舉行。四川省重大科技基礎設施——LACT項目正式啟動建設。
配上“高清望遠鏡”，仰望宇宙的“雙眼”，將繼續(xù)叩問宇宙線起源這一“世紀之謎”。
參會人員與LACT樣機合影。天府宇宙線研究中心供圖
給拉索“配鏡”
成都科學城天府宇宙線研究中心旁的草地上，赤紅色的龐然大物，足有兩層樓高，仰著頭才能窺見全貌。
這是即將發(fā)往稻城的首臺LACT成像大氣切倫科夫望遠鏡。這樣的望遠鏡，在拉索陣列之間將陸續(xù)布局32臺。
LACT直徑6米的圓盤上，54片戴維斯-科頓反射鏡閃閃發(fā)亮?！八鼈兪侵匾挠钪婢€‘捕手’?！睆垑凵浇榻B。
攜帶著關于宇宙起源、天體演化、太陽活動、宇宙空間環(huán)境等重要科學信息，宇宙線遠道而來。當宇宙線與星際空間中的氣體物質(zhì)發(fā)生碰撞，產(chǎn)生的超高能伽馬光子闖入大氣層，引發(fā)廣延大氣簇射現(xiàn)象，帶電次級粒子會放射出藍色的切倫科夫光。
藍色的“陣雨”，瞬間灑在數(shù)平方公里的面積上。
LACT的反射鏡要做的，就是捕捉這些“雨滴”——將收集到的切倫科夫光聚焦到硅光電倍增管相機上，完成超高能伽馬光子事件的成像及切倫科夫圖像。一臺望遠鏡記錄一張切倫科夫圖像，多臺望遠鏡記錄多張圖像，每張圖像都可以重建出一個空間平面。當多個平面相交時，其交線就指示出超高能伽馬光子的方向。
此前，拉索建設的3個探測器陣列，也是為了收集“雨滴”。這一位于高海拔、靈敏度全球最強的宇宙線探測裝置，去年取得舉世矚目的科學成果，在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)了40多個超高能伽馬射線源，突破性地開啟超高能伽馬天文學新窗口。
“拉索具有極強的巡天普查能力，能看到很大的天區(qū)。然而，由于探測器特性限制，其角分辨率不高，無法對這些射線源的內(nèi)部結構進行精細測量?！敝袊茖W技術大學教授、天府宇宙線研究中心特聘研究員楊睿智解釋。
如果把拉索比作仰望宇宙的“雙眼”，LACT就是為其配備的“高清望遠鏡”。前者能鎖定超高能伽馬射線源的位置，后者能將觀測站的角分辨率提高5倍以上，有效區(qū)分出超高能伽馬射線來自源區(qū)哪個天體。
在拉索建成前，國際上還沒有靈敏度如此之高的宇宙線觀測設備。如今，全球首個同時具備高角分辨率、高靈敏度的宇宙線觀測設備，又將在海子山上建成。
“LACT建成后，將與拉索協(xié)同工作、優(yōu)勢互補，使中國在超高能伽馬天文學領域持續(xù)保持國際領先地位，破解宇宙線起源‘世紀之謎’?！睆垑凵胶苡行判?。
科研人員行走在水切倫科夫探測器的屋頂上。（資料圖，何海洋 攝）
“復制”拉索模式
2017年6月，拉索主體工程動工。彼時的海子山，一片荒涼。盡管為選址做了大量工作，但誰也無法肯定，宇宙的“禮物”是否會降臨，又是否會被成功“接收”。
如今，問題已有答案：2020年底，拉索3/4的探測器投入科學運行；次年，拉索在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)人類觀測到的最高能量光子，相關發(fā)現(xiàn)發(fā)表于國際頂尖期刊《自然》（Nature）。不到兩個月，關于蟹狀星云的最新研究成果又在《科學》（Science）上公布。
2021年7月，拉索完成全陣列建設并投入運行。一年后，拉索探測到迄今最亮的伽馬射線暴。2024年，拉索又幫助科學家找到迄今人類能夠確認的第一個超級宇宙線源……
去年，LACT項目獲省發(fā)展改革委批復立項，預算1.5億元。其將延續(xù)拉索“邊建設邊運行”模式。啟動建設后，首臺望遠鏡將于今年實現(xiàn)觀測運行；2026年，將建成8臺望遠鏡；2028年，將建成32臺望遠鏡，實現(xiàn)全陣列觀測運行。
大洋彼岸，歐美正在加緊部署同類項目（CTA），預計耗資將達數(shù)億歐元。“LACT布局在拉索現(xiàn)有陣列內(nèi)，基礎設施已十分成熟，降低了建設成本?！睆垑凵奖硎荆瑫r，繆子探測器陣列還提供了國際領先的超強背景噪聲排除能力，這正是“1+1大于2”的體現(xiàn)。
盡管有了拉索的建設、運行經(jīng)驗，年輕的LACT仍然面臨不少挑戰(zhàn)。
2020年，中國科學院高能物理研究所提出拉索提升計劃，同年啟動LACT預先研究，目前已完成多項關鍵技術攻關。
從無到有，談到攻關的“難”，楊睿智用LACT的反射鏡舉例?！?2臺望遠鏡，需要上千片鏡子，傳統(tǒng)的玻璃鏡片成本高，一片鏡子就要好幾萬元，重量也很重，會導致鏡架結構變形?！睘榇?，研究團隊研發(fā)出玻璃鋁蜂窩輕質(zhì)反射鏡，實現(xiàn)其國產(chǎn)化。
科研人員在維護拉索的繆子探測器。（資料圖，何海洋 攝）
后續(xù)的運行也是難題之一。32臺望遠鏡，要隨著伽馬射線源同時轉動，對指向性和同時性提出了很高要求。如果同一時間出現(xiàn)多個源，還需要瞬時切換方向。
啟動會現(xiàn)場，天府宇宙線研究中心常務副主任、LACT工程副總指揮白云翔分享了正在籌劃的AI賦能方案，這是解決問題的一個思路。未來，將建成一座高能伽馬智能工廠，利用海量科學數(shù)據(jù)和百億參數(shù)規(guī)模科學大模型，實現(xiàn)全流程數(shù)據(jù)智能管控、數(shù)字化運維等，提升拉索和LACT的科學產(chǎn)出質(zhì)量，繼續(xù)保持領先身位。相關項目已立項，建設周期為2年。
在海子山，迎難而上的故事比比皆是。張壽山記得，2019年，廣角切倫科夫望遠鏡調(diào)試標定時，大家需要鉆進望遠鏡離地2.3米的“大藍箱子”里調(diào)試。刮風時，冷意似乎都要從骨頭縫里溢出來，工作時得靠暖風機幫助取暖。張壽山說：“LACT也將克服萬難，盡快產(chǎn)出更多科學成果?！?/p>
當宇宙的“禮物”再次降臨時，海子山上的人們已做好了準備。
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矗立在拉索，配上“高清望遠鏡”，望向深空，叩問“世紀之謎”，探索宇宙的奧秘，中國科學院高能物理研究所蛇年起步做貢獻。
新篇章
當古老的探索星空的夢想與現(xiàn)代科技碰撞，便有了拉索和LACT。這不僅是科技的勝利，更是人類好奇心與求知欲的勝利。期待它們能揭開更多宇宙的奧秘，讓我們對這個浩瀚的世界有更深的理解。
奮力譜寫中國式現(xiàn)代化四川新篇章。
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