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在高海拔宇宙线观测站测控基地展示的自主研发的光电倍增管。

俯瞰高海拔宇宙线观测站（无人机全景照片）。

工作人员在高海拔宇宙线观测站观测基地处理实验数据。

以上图片均为新华社记者金立旺摄

5月10日，国家重大科技基础设施——高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO）顺利通过国家验收。

验收委员会认为，项目法人单位中国科学院成都分院和共建单位中国科学院高能物理研究所按期、全面、优质完成了国家发展改革委批复的建设任务，各项指标达到或优于批复的验收指标。验收委员会同意该项目通过国家验收。

“拉索”位于四川省稻城县海拔4410米的海子山上，占地面积约1.36平方公里，是目前世界上海拔最高、规模最大、灵敏度最强的伽马射线探测装置，将致力于探索宇宙线起源。

瞄准宇宙线来源这一重大科学难题

宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子，主要由质子和多种元素的原子核组成，并包括少量电子和光子以及中微子，时刻存在于我们的星球之上。

“拉索”项目首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员曹臻说：“宇宙线又被称作‘银河陨石’或传递宇宙大事件的‘信使’。它们本身就是组成宇宙天体的物质成分，并携带着宇宙起源、天体演化、太阳活动及地球空间环境等重要科学信息。因此，研究宇宙线及其起源是人类探索宇宙的重要途径。”

1912年，奥地利科学家赫斯首次发现宇宙线，但100多年来，人类却始终没有发现宇宙线的起源。“宇宙线来自哪里，它们是如何被加速到如此之高的能量，一直困扰着科学家。”曹臻说。

宇宙线来自哪里，为何这么难以判断？

一方面，捕捉高能宇宙线极其不易。高能宇宙线的能量跨度从10亿到1万亿亿电子伏特，能量高的宇宙线应该来自剧烈的天体活动所伴随的粒子加速过程。但是，宇宙线能量越高，就越稀少。

“这是因为高能粒子的数量随着能量的上升急剧下降，粒子能量每上升10倍，粒子数量就会下降1000倍，所以最终能到达地球的高能宇宙线粒子少之又少。”中国科学院高能物理研究所研究员何会海说。

另一方面，要根据获得的宇宙线粒子样本确定它们来自何方，更是难上加难。

曹臻说：“宇宙线多为带电粒子，在传播过程中会被宇宙中无处不在的星际磁场偏转，等到达地球时早已失去了原初的方向信息，所以无法反推它源自何方。”

“超新星爆发、黑洞爆发、巨大星系之间的碰撞等，都可能是我们要找的来源。到底谁才是真正的来源，还需要继续寻找证据。我们的高海拔宇宙线观测站正是瞄准这一重大科学难题而提出的。”曹臻说。

实现多项重大自主技术创新

因为宇宙线能量越高就越稀少，所以越大规模的探测器才有可能捕捉到足够多可供研究的高能宇宙线样本。

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观测，这是唯一手段。

“拉索”就是中国的第三代高山宇宙线实验室，由5216个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器构成的一平方公里地面簇射粒子探测器阵列、7.8万平方米的水切伦科夫探测器阵列、18台广角切伦科夫望远镜等三大阵列组成。

“宇宙线中的伽马射线是高能光子，它进入地球大气后会与大气中的原子核发生碰撞，形成一系列新粒子，纷纷落到地面，如同下‘阵雨’一般。”曹臻说，“‘拉索’的这3个不同类型的探测器就分别对这些纷纷落下的粒子‘雨滴’进行探测，搜集它们的信息后再倒推回去，研究导致这些次级粒子产生的超高能粒子的性质。”

在超过4000米的高海拔地区，要将装置灵敏度提升30倍，“拉索”工程难度可想而知。然而，“拉索”团队并未因此退缩，他们迎难而上，克服重重困难，最终如期完成任务，并在建设过程中实现了多项重大自主技术创新。

比如，“拉索”的时间分配系统实现了世界上最高水平的同步精度，达到亚纳秒级别。

“‘拉索’测量粒子‘阵雨’落下来的方向、落在不同地方的‘雨滴’时间，来重建整场‘阵雨’。‘雨滴’飞落的速度是光速，到达不同探测器的时间差也就是10纳秒量级。”曹臻说。