追宇宙线的人

宇宙线是什么？

它以光速行进，每秒钟都在穿越我们的身体。

绝大多数宇宙线会在星际磁场中偏转，到达地球时已失去最初的方向信息，因此无法反推其“源”的方向。这一“世纪之谜”在2014年被国际物理学界列为“新世纪11个科学问题”之一。

在海拔4410米的四川海子山，中国科学家追着宇宙线而来，从原始无人区到“科研无人区”，高海拔宇宙线观测站研制团队创造了一个工程奇迹——“高海拔宇宙线观测站”（LHAASO，简称“拉索”），它占地面积约1.36平方公里，相当于190个足球场大小。

拉索的运行，刷新了人类能够探测到的最高能量光子纪录，开启了“超高能伽马天文学时代”。国际公认，至少在未来10年里高能伽马射线天文学研究属于中国的“拉索”。

急 迫

如果用一个词来形容拉索首席科学家、项目经理曹臻当初提出拉索构想时的心情，那么“急迫”这个词再贴切不过。

那是在2009年的北京香山科学会议上，欧洲在3年前就提出了同领域另一种方式的观测计划，打算建设一个100台望远镜的阵列。

中国科学家的这种急迫，始于更早时。1954年，在海拔3180米的云南落雪山，我国建立了第一个高山宇宙线实验室。1989年至2000年，在海拔4300米的西藏羊八井，中日合作、中意合作宇宙线探测实验相继启动。

高山见证了中国科学家对宇宙线的一次次追逐。但历史有其自身规律，那时候中国的研究与开发总投入无法与当下同日而语，工业体系也不如现在完备。当时国际上最具代表性的羊八井宇宙线观测站只是一个面积小于2万平方米的单一观测站。

直到2009年，机会来了——拉索构想引发了学界的共鸣。

在申请立项的同时，选址工作也在同步进行。高海拔地区对于宇宙线的观测得天独厚，能够捕捉到更多粒子，而全世界在海拔4000米处有基础设施条件的地方本就不多，一是青藏高原，二是南美洲的安第斯山脉。拉索团队在5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时就遇到了狼，“它就在山头上蹲着，几乎每个夜晚都能听见狼叫声”。

明明是苦寒之地，四川海子山为何被科学家相中？曹臻说：“交通便利，距最近的国道仅百米之遥，距稻城亚丁机场10公里。光纤网距站址200米，确保了海量数据的收集和传输。地势平坦，最大落差处仅30米，便于探测器阵列的布局与安装。还有着丰富的优质水源。”

2015年的最后一天，辞旧迎新之际，拉索获国家发展和改革委员会批复立项。这偶然契合了几年后“超高能伽马天文学”序幕的开启。

奇 迹

建设拉索期间，最多时有600多个工人同场作业，这让国外天文学界颇为吃惊。毋庸置疑，拉索是一个工程上的奇迹。它由三大阵列组成，若从高空俯瞰，它像是一枚外圆内方的铜钱。

行走在三个阵列之间，让人既感叹这一科学装置之“大”，更感佩中国科学家为探究前沿科学问题的投入之“深”。

一脸黝黑的拉索项目副经理兼总工艺师、中国科学院高能所研究员何会海，身着一件蓝马甲，马甲背后印着“4410米”。这像是一种无声的提醒，在海拔4410米处，说话是体力劳动，跑跳是危险行为，就连一呼一吸也成为被关注的事情。

科研人员都拼了。“有的同事一连在山上待了300多天，因为要盯现场。后来只能硬性规定一次上山绝不许超过两个月。我们每个人都有一个箱子，随时准备出差，抬起脚说走就能走。”何会海说。拉索的零部件都是非标产品，作为总工艺师，何会海几乎跑遍了中标的70个厂家，行程最紧时曾经20天出了12趟差。

“无论有多大的困难，都要去克服……克服就是要去做这个做不了的事情。”在海子山上，有一块木牌上写着这样的话。曹臻回忆，当时在铺设缪子探测器时，山顶上也布局了几个，但由于施工难度太大，一开始放弃了，后来发现这对观测影响很大，于是提出“再困难也要干”。

因为海子山冬季太冷，无法进行基建施工，于是设备安装就被安排在了冬季。“这里的最低温度是-35℃，我在咬牙坚持的时候，看看旁边的同事，他也在咬牙坚持。于是，我们继续咬牙坚持。”中国科学院高能所副研究员刘成说，至今留存在他心底的并不是工作多么辛苦，而是漫天飞舞的雪花。

突 破

一个大的科学装置的建设往往会带来诸多技术突破，甚至是跨越。

以水切伦科夫探测器阵列为例。“原本世界上只有一家公司能生产这一设备，我国北方夜视公司与中国科学院高能所合作实现了国产化，并将其时间响应提高了3倍，在世界上属于首创。”中国科学院高能所研究员陈明君说。

记得《爱丽丝梦游仙境》里的兔子先生吗？它浑身挂满了表，可以在任意时刻同时出现在多个地方。“拉索阵列有上万个单元，相当于有上万块表，我们在世界上首次将表的精度控制在了0.2纳秒，这样可以精确地计算宇宙线入射方向。”何会海说。

18台蓝色望远镜是高原上的一抹亮色。即使在有月亮（甚至满月）的晚上，它们也能如常观测，突破了传统切伦科夫望远镜无法在月夜工作的“短板”，实现了有效观测时间的成倍增长。

2460公里，这是从海子山到北京中国科学院高能所的距离。建在海子山上的数据中心竟然可以做到“无人值守”，而且科研人员采用特殊的数据筛选技术对海量数据进行无损压缩，实现了跨越2460公里的数据实时传输。“早些年在西藏羊八井时，我们的数据传输主要靠邮寄磁带，三个月寄一次。现在拉索不仅可以实时传输，还能远程在线维护。”何会海说。

宇 宙

“我现在的心情很兴奋，因为出了这么多突破性成果。”曹臻说，相比提出拉索构想时的“急迫”，现在的他更加“从容”。而当时欧洲计划做一个100台望远镜的阵列，至今只造了一台望远镜。

拉索打开了观测宇宙最高能量的一扇窗，国际天体物理会议现在逢会必谈拉索。

天文学上，当探测器的灵敏度上升到一个新高度，人们会看到一个新宇宙，这是可期的。但它具体是什么样子，是不可期的。

“我们的文明是最古老的文明之一，但现在的宇宙观没有中国人的贡献。只有做出世界一流的科学成果，关于宇宙的构成和解释，我们才有话语权。我们是拉索的建造人，因此是最懂拉索的人，理应做出最好的成果。”这群追宇宙线的人说。