https://mp.weixin.qq.com/s/rw0pd1yqgGR-zTri1qgv1A位于四川稻城的高海拔宇宙线观测站（LHAASO）有了重大发现！
5月17日上午，“高海拔宇宙线观测站发现首批‘拍电子伏加速器’和最高能量光子”联合发布会在北京举行。
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发布会现场图片
位于甘孜州稻城县海子山的国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站（LHAASO）”在银河系内发现大量超高能宇宙加速器，并记录到最高1.4拍电子伏伽马光子，这是人类观测到的最高能量光子，改变了人类对银河系的传统认知，开启了“超高能伽马天文学”的新时代。这些发现将于2021年5月19日发表在《Nature》（《自然》）。该研究工作由中国科学院高能物理研究所牵头的LHAASO国际合作组完成。
在稻城海拔4410米的LHAASO宇宙线观测站，1188个土堆按序整齐排列，这些土堆就是这次观测1.4拍电子伏伽马光子的功臣——缪子探测器。这也是世界上海拔最高、规模最大、灵敏程度最强的宇宙线观测站。
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中国科学院高能物理研究所副研究员LHAASO电磁粒子探测器组员赵静表示，鉴别高能的光子的主要设施就是这个缪子探测器。“它是一个掩埋在2.5米的土层下面的一个1.2米深的纯净水探测装置。通过发现高能的光子，跟普通宇宙线的差异、缪子的数量的差异来发现，这个源出的原来是一个高能的光子，而不是成千上万个宇宙线粒子。”赵静说。
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而每个土堆下面都埋有44吨超纯水作为介质，基本可以达到免维护的作用。赵静表示：“我们对它的要求是十年内，它的信号下降要小于20%。这个要求是很高的，我们就需要保证水体的纯净度、透光率。所以我们就选用的是超纯水，它是世界上纯净度最高的水。可以说这个水里面除了水分子，就没有其他的了。”
据了解，目前在建的LHAASO（拉索）是第三代高山宇宙线实验室。高山实验是宇宙线观测研究中能够充分利用大气作为探测介质、在地面进行观测的手段，探测器规模可远大于大气层外的天基探测器。对于超高能量的宇宙线，这是唯一的观测手段。第一代和第二代分别位于云南和西藏，第三代则选择了四川。
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WCDA探测器安装负责人李会财表示，“选址四川有几个因素，一个是四川稻城海子山这边是高海拔，有利于原初宇宙线的探测。另一个是这里的交通比较便利，不仅紧临省道227，距离亚丁机场也只有8公里，方便人员还有物资的往来。再有就是，这样一个国家级的项目，国家投资就是9个亿，地方配套了3个亿，四川省政府，还有地方都给予了极大的支持。”
高海拔宇宙线观测站尚在建设中，这次报道的成果是基于已经建成的1/2规模探测装置，在2020年内11个月的观测结果。科学家们发现了能量超过拍电子伏的光子，来自天鹅座内非常活跃的恒星形成区。还发现了12个稳定伽马射线源，能量一直延伸到1拍电子伏附近，这是位于LHAASO视场内银河系内最明亮的一批伽马射线源，测到的伽马光子信号高于周围背景7倍标准偏差以上，源的位置测量精度优于0.3°。这次观测积累的数据还很有限，但所有能被LHAASO观测到的源，它们都具有0.1拍电子伏以上的伽马辐射，也叫“超高能伽马辐射”。这表明银河系内遍布拍电子伏加速器，而人类在地球上建造的最大加速器（欧洲核子研究中心的LHC）只能将粒子加速到0.01拍电子伏。银河系内的宇宙线加速器存在能量极限是个“常识”，过去预言的极限就在0.1拍电子伏附近，从而预言的伽马射线能谱在0.1拍电子伏以上有“截断”现象。LHAASO的发现完全突破了这个“极限”，大多数源没有截断。这些发现开启了“超高能伽马天文”观测新时代，表明以天鹅座恒星形成区、蟹状星云等为代表的非热辐射天体，即年轻的大质量星团、超新星遗迹、脉冲星风云等是银河系超高能宇宙线起源的最佳候选天体，有助于破解宇宙线起源这个“世纪之谜”。科学家们也需要重新认识银河系高能粒子的产生、传播机制，探索极端天体现象及其相关的物理过程并在极端条件下检验基本物理规律。
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宇宙“集雨器”
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图：LHAASO效果图及其三个阵列
宇宙线粒子进入大气层后，会与大气中的原子核发生多次相互作用，产生级联效应，最后可形成上百亿个次级粒子，它们就像一场粒子“阵雨”一样，瞬间降落在数平方公里的地面上，持续时间1纳秒左右。
高海拔宇宙线观测站的核心科学目标是探索高能宇宙线起源并开展相关的高能辐射、天体演化以及暗物质分布等基础科学的研究。为此，项目团队设计了几种不同类型的探测器：5195个电磁粒子探测器“小方块”，与1171个缪子探测器“大鼓包”一起组成地面簇射粒子阵列；有两个半北京“水立方”那么大的78,000平方米的“大水池”水切伦科夫探测器；以及12台“千里眼”广角切伦科夫望远镜。
“小方块”“大鼓包”“大水池”“千里眼”散布在方圆1.36平方公里的范围内，它们彼此之间的时间同步精度达到了0.1纳秒的水平。
高海拔宇宙线观测站建设周期为4年，投入运行后科学寿命在20年以上。建成后，它将占据三个世界第一：具有最高的高能伽马射线探测灵敏度、能开展最灵敏的甚高能伽马射线巡天探测、具有最宽广的宇宙线能量测量范围。
而这个观测站所能带来的不仅是科学上的突破。作为我国大科学装置在西南地区的重要布局，高海拔宇宙线观测站将打造宇宙线研究和天文观测基地，建成国际领先水平的高海拔宇宙线研究中心，对当地的科技、文化教育、旅游以及地方经济发展产生积极的影响。
有多少人和小编一样，上面这些字每个都认识，但合在一起就不认识了。不要迷茫，科普来了！
1
什么是LHAASO？它到底有多牛？
LHAASO(Large High Altitude Air Shower Observatory)全称为：高海拔宇宙线观测站。2017年，国家重大科技基础设施——LHAASO在四川稻城海子山开建，经过4年建设，预计今年7月将整体完工。
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具体来说，它是捕捉“天外来客”的“火眼金睛”、国之重器，它是目前世界上灵敏度最高的超高能伽马射线观测站，它将助力于破解宇宙线起源这一“世纪之谜”，在建设过程中，它已经陆续有1/2、3/4的阵列投入科学运行。
LHAASO的核心科学目标就是：探索高能宇宙线起源以及相关的宇宙演化、高能天体演化，寻找暗物质。
LHAASO凭借其高海拔、大面积以及极强的背景排除能力成为世界上最灵敏度的超高能伽马射线观测站，就在四川稻城的海子山上；项目还没建完，就取得了重大成果，你说牛不牛？
2
什么是宇宙线？我们为什么要观测它？
宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子，是连接宇观与微观的重要载体，对它们的研究贯穿粒子物理学、宇宙学、天体物理学三大学科领域，直接关系宇宙中高能粒子如何被加速以及怎么传播，是人类探索宇宙及其演化的重要途径。
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“超高能宇宙加速器”到底是什么？
能将宇宙线加速到高达千万亿电子伏特（PeV）级别的天体，被称为“拍电子伏宇宙加速器”（PeVatron），又名超高能宇宙加速器。
超高能宇宙线加速器可能是银河系内活动最为剧烈的天体。根据理论模型，超新星遗迹、恒星形成区和银河系中心的超大质量黑洞等，是最可能的超高能宇宙加速器。
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如何理解“人类观测到的最高能量光子”
LHAASO探测到来自银河系内的能量1.4拍电子伏的伽马光子（拍=千万亿），这是人类迄今观测到的最高能量光子。这个光子，改变了人类对银河系粒子加速的传统认知。要知道，人类在地球上建造的最大加速器（欧洲核子研究中心的LHC）只能将粒子加速到0.01拍电子伏。
此前，银河系内的宇宙线加速器存在能量极限是个“常识”，过去预言其辐射出的光子的能量极限就在0.1拍电子伏附近，而LHAASO的新发现完全打破了这个极限，为我们开辟了一个全新的探索空间。
5
“超高能伽马天文学”的新时代来了？
1989年，亚利桑那州惠普尔天文台发现了首个具有0.1TeV以上伽马辐射的天体，标志着“甚高能”伽马射线天文学时代的开启，在随后的30年里，已经发现超过两百多个“甚高能”伽马射线源。但是，直到2019年，人类才探测到首个具有“超高能”伽马射线辐射的天体。
令人惊喜的是，仅基于1/2规模的LHAASO不到1年的观测数据，就将“超高能”伽马射线源数量提升到了12个。
随着LHAASO的建成和持续不断的数据积累，可以预见这一最高能量的天文学研究将给我们展现一个充满新奇现象的“超高能宇宙”，为探索极端天体物理现象提供丰富的数据。
我们知道，由于宇宙大爆炸产生的背景辐射无所不在，它们会吸收高于1PeV的伽马射线。在银河系之外，即使它们产生出来，由于被背景辐射严重吸收，我们也接受不到。由此可见，LHAASO打开的这个在PeV能量观测银河系的窗口，对于研究遥远的宇宙也具有特殊意义。
浩瀚宇宙还有许多秘密
宇宙无限
等着我们去发现
