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高海拔宇宙线观测站启动首批科学观测

发布时间:2019/04/30 新闻

从中国科学院获悉,国家重大科技基础设施——高海拔宇宙线观测站(LHAASO)首批探测器日前投入科学观测。

据高海拔宇宙线观测站项目首席科学家曹臻介绍,宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子,携带着宇宙起源、天体演化、太阳活动及地球空间环境等重要科学信息,被称为传递宇宙大事件的“信使”。研究宇宙线及其起源是人类探索宇宙的重要途径。

LHAASO是我国“十二五”期间立项建设的国家重大科技基础设施,该装置由电磁粒子探测器(ED)阵列、缪子探测器(MD)阵列、水切伦科夫探测器阵列(WCDA)、广角切伦科夫望远镜阵列(WFCTA)等组成。其主要科学目标为,探索高能宇宙线起源,开展相关的宇宙演化、高能天体演化和暗物质的研究。

LHAASO主体工程于2017年6月在海拔4410米的四川省稻城县海子山启动,其探测器阵列设计为三个部分:由5195个电磁粒子探测器和1171个缪子探测器组成的地面簇射粒子阵列;78000平方米水切伦科夫探测器,分为3000个探测单元;12台广角切伦科夫望远镜。

项目采用边建设边运行的模式,此次投入科学观测的探测器包括由1800个探测器组成的、灵敏面积达22500平方米的一号水切伦科夫探测器阵列,两台广角切伦科夫望远镜,180台电磁粒子探测器和80个缪子探测器。

其中,水切伦科夫探测器阵列是观测阵列的主要科学设施,每天都能够对60%以上的天区进行一次扫描,不受日、月、星光及天气条件的影响,实现全天候的观测,每年将探测到5万亿个宇宙线事例,获取4PB以上的观测数据。本次投入观测的一号阵列,其巡天灵敏度比国际上最高灵敏度的同类装置高出30%,可以在伽马暴高能辐射探测、银河系外耀变源探测与观测、银河系内伽马射线源的深度观测等方面与国际同类实验展开合作研究。

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  宇宙线与LHAASO

作为太阳系以外唯一的物质样本,宇宙线以及它们的起源是人类探索宇宙及其演化的重要途径。在1912年宇宙线被发现之后的一百年间,与之相关的探索与研究已经产生了数枚诺贝尔奖牌,但人类始终没有发现宇宙线的起源,这一问题也在欧、美的科学决策机构提出的6个或11个基础科学难题中位列前5。

高海拔宇宙线观测站(LHAASO)正是瞄准这一重大科学难题而提出的。

高山实验是宇宙线观测研究中能够尽可能减小大气层的吸收效应的地面探测手段,其规模可以远大于大气层外的天基探测器,成为甚高能和超高能伽马天文和宇宙线观测必不可少的研究手段。

LHAASO选址于四川稻城海子山平均海拔为4410米的高地,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、天体演化甚至于暗物质分布等基础科学的研究。具体科学目标为:第一,探索高能宇宙线起源。通过精确测量高能伽马源宽范围能谱,研究高能辐射源粒子的特征,探寻银河系内重子加速器存在的证据,在发现宇宙线源方面取得零的突破;精确测量宇宙线能谱和成分,研究宇宙线加速和传播机制。第二,开展全天区伽马源扫描搜索,大量发现新伽马源,特别是河外源,积累各种源的统计样本,探索其高能辐射机制,包括产生强烈时变现象的机制,研究以超大质量黑洞为中心的活动星系核的演化规律,捕捉宇宙中的高能伽马暴事例,探索其爆发机制。第三,探寻暗物质、量子引力或洛仑兹不变性破坏等新物理现象,发现新规律。

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