海子山上的苦与乐

6月4日,四川省甘孜州稻城县。来自中国电建集团成都勘查设计院的项目经理陶义明来到宾馆,与刚刚到达的中科院高能所的科研人员见面。他们要商量如何为即将开工的占地78000平方米的探测器“水池”做准备,设计院中标承担了这个“水池”的建设。  这个探测器“水池”可不一般。4年后,它将与其他探测器及12架光学构成全球覆盖能量范围最大的宇宙线探测设备——高海拔宇宙线观测站(简称LHAASO)。  跟随LHAASO项目首席科学家、项目经理曹臻研究员等一行人,上山探营。  从稻城县驱车向北,一个多小时后,来到了海子山。一片相对平坦的疆土映入眼帘。几台施工机械正在填坑修路。高能所的研究团队就选择在这里建站。  LHAASO是“十二五”期间启动的国家重大科技基础设施项目,系我国自主研发,于2015年12月获得国家发改委批准立项,总投资约12亿元,其中申请国家投资为9亿元,四川省为项目安排配套资金约3亿元。  “LHAASO是用来探测宇宙线的。宇宙线是地球上存在的太阳系以外唯一的物质样本。自1912年宇宙线被发现以来,人类始终没有发现其起源,许多基础的科学问题解决不了。”面对着海子山顶一片广袤的土地,曹臻说,我们将在这里建设一个占地2040亩、海拔4410米的高海拔宇宙线观测站。  这个观测站的探测器阵列设计为3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平方米的水切伦科夫探测器,分为3000个探测单元,就安装在前面叙述的探测器“水池”中;12台广角切伦科夫望远镜。  据曹臻透露,LHAASO的科学目标包括,探索高能宇宙线的起源;开展全天区伽马源扫描搜索,捕捉宇宙中的高能伽马射线源和伽马暴事例并探索其辐射和爆发机制;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。“我们的项目建设周期为4年,投入运行后科学寿命在20年以上。”  LHAASO为何选址在稻城海子山?项目副经理何会海说,宇宙线粒子在穿越大气层时会被大气吸收。因而在海拔高、空气稀薄的地方,探测器就能捕获到更多的宇宙线粒子。国际科技界普遍认为,南美的安第斯山脉和中国的青藏高原更适合高能粒子观测,因为它们都在海拔4000米以上。  选择海子山还有另外一个原因:虽然它海拔4410米,但10公里外就有一个机场,50公里外就是稻城县城,县城海拔3750米。这有利于科研人员的工作与生活。  “目前,LHAASO的配套建设已基本完成,主体工程即将全面开工建设。相信4年后,这里在建成国际领先水平的高海拔宇宙线研究中心的同时,对当地的科技、文化教育、旅游以及地方经济发展也将产生积极的影响。”曹臻对此充满信心。 
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四川稻城的海子山,因星罗棋布的1145个大小海子而得名。有人说,这些闪烁在山间的大小海子,就像上帝失手撒下的一千多颗钻石一般。

白天,海子山间波光闪闪,夜晚,穹顶之上星光璀璨。在海子山4410米海拔的地方,有一群人,他们仰望星空、脚踏实地,像初生的孩童一般,保持着对世界最本真的好奇和最单纯的敬畏。他们的智慧和青春,也凝聚成了天地间的另一种闪耀科技之光。

观测站的眼睛

宇宙线,是目前人类探索太阳系以外世界时可以研究的唯一物质样本。宇宙线以其起源,也成为人类探索宇宙及其演化的重要途径。

自1912年宇宙线被发现之后,一百年间,尽管与之相关的探索与研究已经产生了数枚诺贝尔奖牌,人类还是始终没有发现宇宙线的起源。

2015年12月,一个名为高海拔宇宙线观测站的项目在我国正式立项。项目的建设站址,就位于平均海拔4410米的四川稻城海子山。

如今,这个观测站将成为人类仰望星空的又一新平台。它以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研究为核心目标,总投资约12亿元,建设周期4年,投入运营后预计寿命在15年以上,是十二五期间启动的国家重大科技基础设施项目。

观测基地鸟瞰图

立项的消息曾让中国科学院高能物理所副研究员陈明君着实兴奋了一番。他参与的是LHAASO水切伦科夫探测器阵列的相关工作,在项目成立前,他们前后准备了八年。如今,陈明君也成为这个探测器阵列安装团队的负责人。

探测器是观测站的眼睛。按照设计,观测站有三个探测阵列:一是78000平方米的水切伦科夫探测器,包括三个水池,分为3120个探测单元;二是由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;三是16台广角切伦科夫望远镜。

为了完成WCDA一号水池的探测器安装,去年10月,陈明君带着一波年轻人上了山。

水池内部结构图

上山!开工!

2018年国庆节前,陈明君在研究组里开了好几次会,每次会上,他都要跟年轻的科研人员说:大家要做好国庆一结束就上山长期工作的心理准备。

参加过选址工作的陈明君知道,不管风景有多美,在海拔4410米的高山上长期工作,都不能算作一件美事那里的氧气含量只有内地的一半,工作环境只有零下三四度。

上山之前,大家都抓紧时间安置生活上的事情。趁着国庆节,中科院高能物理科研人员、探测器机械负责人李凯赶回老家办了场婚宴,婚宴刚结束就坐上火车上了山。

到10月15日,探测器组安装团队里的18位成员都已到齐。10月22日,第一个单元的光电倍增管安装,探测器安装工作正式开始。

随着工作的推进,压力降临到每个人身上。

李秀荣是个山东姑娘,说起话来的语速和她工作时一样麻利,她的主要工作是负责小光电倍增管的安装。WCDA的一号水池包括大小两种光电倍增管,二者的接受能谱范围不同,可以通过互补拓宽探测器的探测范围。

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