追宇宙線的人

黃海華

宇宙線是什么？

它以光速行進，每秒鐘都在穿越我們的身體。

絕大多數宇宙線會在星際磁場中偏轉，到達地球時失去最初的方向信息，因此無法反推其“源”的方向。這一“世紀之謎”在2014年被國際物理學界列為“新世紀11個科學問題”之一。

在海拔4410米的四川海子山，中國科學家追著宇宙線而來，從原始無人區到“科研無人區”，高海拔宇宙線觀測站研制團隊建造了一個工程奇跡——“高海拔宇宙線觀測站”（lhaaso，簡稱“拉索”），它占地面積約1.36平方公里，相當于190個足球場大小。

“拉索”的運行，刷新了人類探測得到的最高能量光子紀錄，開啟了“超高能伽馬天文學時代”。國際公認，至少未來十年的高能伽馬射線天文學研究屬于中國的“拉索”。

急迫

如果用一個詞來形容“拉索”首席科學家、項目經理曹臻當初提出“拉索”構想時的心情，那么“急迫”這個詞再貼切不過。

那是在2009年的北京香山科學會議上，歐洲在三年前就提出了同領域另一種方式的觀測計劃，打算建設一個100臺望遠鏡的陣列。

中國科學家的這種急迫，始于更早時。1954年，在海拔3180米的云南落雪山，建立了我國第一個高山宇宙線實驗室。1989年至2000年，在海拔4300米的西藏羊八井相繼啟動了中日合作、中意合作宇宙線探測實驗。

高山見證了中國科學家一次次對宇宙線的追逐。但歷史有其自身規律，那時候中國的“研究與開發”總投入無法與當下同日而語，工業體系也不如現在完備。就連當時國際上最具代表性的羊八井宇宙線觀測站，也只是一個小于2萬平方米的單一探測器。

直到2009年，機會來了——“拉索”構想激發了學界的共鳴。

在申請立項的同時，選址工作也在同步進行。高海拔地區對于宇宙線的觀測得天獨厚，能夠捕捉到最多粒子，而全世界在海拔4000米有基礎設施條件的地方本就不多，一是青藏高原，二是南美的安第斯山脈。“拉索”團隊在五年里跑遍了西藏、青海、云南、四川等地。

曹臻第一次到四川海子山踏勘時就遇到了狼，“它就在山頭上蹲著，幾乎每個夜晚都能聽見狼叫聲”。

明明是苦寒之地，四川海子山為何被科學家相中？曹臻說：“交通便利，距最近的國道僅百米之遙，距稻城亞丁機場10公里。光纖網距站址200米，確保了海量數據的收集和傳輸。地勢平坦，最大落差處僅30米，便于探測器陣列的布局與安裝。還有著豐富的優質水源。”

2015年最后一天，辭舊迎新之際，“拉索”獲國家發展改革委批復立項。這偶然地契合了幾年后“超高能伽馬天文學”序幕的開啟。

奇跡

建設“拉索”期間最多時有600多個工人同場作業，這讓國外天文學界頗為吃驚。毋庸置疑，“拉索”本身就已是一個工程上的奇跡。它由三大陣列組成，若從高空俯瞰，它像是一枚外圓內方的銅錢。

行走在這三個陣列之間，既感嘆這一科學裝置之“大”，更感佩中國科學家為探究前沿科學問題的投入之“深”。

一臉黝黑的“拉索”項目副經理兼總工藝師、中國科學院高能所研究員何會海，身著一件藍馬甲，背上寫著“4410米”。這像是一種無聲的提醒，在海拔4410米處，說話是體力勞動，跑跳是危險行為，就連一呼一吸甚至也成為被關注的事情。

科研人員都拼了。“有同事一年在山上待了300多天，因為要盯現場。后來只能硬性規定一次上山絕不許超過兩個月。我們每個人都有一個箱子，隨時準備出差，抬起腳說走就能走。”何會海說。“拉索”的零部件都是非標產品，作為總工藝師，何會海幾乎跑遍了中標的70個廠家，行程最緊時曾經20天出了12趟差。

“無論有多大的困難，都要去克服……克服就是要去做這個做不了的事情。”在海子山上，有一塊木牌寫著這樣的話。曹臻回憶，當時在鋪設繆子探測器時，山頂上也布局了幾個，但由于施工太困難，一開始放棄了，后來發現這對觀測有很大影響，于是提出“再困難也要干”。

因為海子山冬季太冷，無法進行基建施工，于是設備安裝就被安排在了冬季。“這里的最低溫度是零下35攝氏度，我在咬牙堅持的時候，看看旁邊的同事，他也在咬牙堅持。于是，我們繼續咬牙堅持。”中國科學院高能所副研究員劉成說，至今留存在他心底的并不是工作多么辛苦，而是那漫天飛舞的雪花。

突破

一個大科學裝置的建設，往往會帶來諸多技術突破，甚至是跨越。

就拿水切倫科夫探測器陣列來說，“原本世界上只有一家公司能生產這一設備，我國北方夜視公司與中國科學院高能所合作將其國產化，并將時間響應提高了三倍，在世界上屬于首創。”中科院高能所研究員陳明君說。

記得《愛麗絲夢游仙境》里的兔子先生嗎？它渾身掛滿了表，任意時刻可以同時出現在多個地方。“‘拉索陣列有上萬個單元，相當于有上萬塊表，我們在世界上首次將‘對表精度控制在了0.2納秒，這樣可以精確地計算宇宙線入射方向。”何會海說。

18臺藍色望遠鏡，是高原上的一抹亮色。即使在有月亮（甚至是滿月）的晚上，它們也能如常觀測，突破了傳統切倫科夫望遠鏡無法在月夜工作的“短板”，實現有效觀測時間的成倍增長。

2460公里，這是從海子山到地處北京的中國科學院高能所的距離。建在海子山上的數據中心竟然可以做到“無人值守”，而且科研人員采用特殊的數據篩選技術，對海量數據進行無損壓縮，實現了跨越2460公里的數據實時傳輸。“早些年在西藏羊八井時，我們的數據傳輸主要靠郵寄磁帶，三個月寄一次。現在‘拉索不僅可以實時傳輸，還能遠程在線維護。”何會海說。

宇宙

“我現在的心情很興奮，因為出了這么多突破性成果。”曹臻說，相比提出“拉索”構想時的“急迫”，現在的他更加“從容”。而當時歐洲計劃做一個100臺望遠鏡的陣列，至今只造了一臺望遠鏡。

“拉索”打開了觀測宇宙最高能量的一扇窗，國際天體物理會議現在逢會必談“拉索”。

天文學上，當探測器靈敏度上升到一個新高度，人們會看到一個新宇宙，這是可期的。但它具體什么樣子，是不可期的。

“我們的文明是最古老的文明之一，但現在的宇宙觀沒有中國人的貢獻。只有做出世界一流的科學成果，關于宇宙的構成和解釋，我們才有話語權。我們是‘拉索的建造人，因此是最懂‘拉索的人，理應做出最好的成果。這群追宇宙線的人說。

（摘自《解放日報》）