作者:赵广立 来源:中国科学报 发布时间:2021/9/22 11:05:47
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四代逐梦宇宙线研究,中国从落后到占领国际前沿
“拉索”首席科学家曹臻:四代人的付出才有今天

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中国科学院高能物理所研究员、LHAASO首席科学家曹臻 李子锋摄

中国的宇宙线研究几乎与新中国同龄。建国初期几位著名科学家回国之后,王淦昌、张文裕、何泽慧、肖健等给中国带来宇宙线观测研究这个方向。他们首先来到昆明东川一座3200米的山峰上建设了中国第一个宇宙线实验室——落雪站。

当时建在落雪站的云雾室,算得上是世界上规模最大、水平最先进的同类装置之一。然而,“文革”以及国力所限等使研究工作受到影响。落雪站“头顶青天、脚踏云海、胸怀祖国、放眼世界”的口号,也成了中国宇宙线观测研究起点的一个注脚。

然而当中国科学家能够重新专注科研时,发现与国际水平差距巨大。

改革开放后,中国科学院高能物理研究所研究员谭有恒到日本留学。日本先进的综合性空气簇射阵列让他开了眼界,产生了在中国做类似实验的想法。他回国后申请经费,希望在中国建设世界级宇宙线观测基地。

在一份材料中,谭有恒写道:“要使中国的生产和技术具有持续发展的活力,必须有自己的基础科研作背景……”

1976年,中国的宇宙线研究开始与国际上交往。那时候虽然还没有多少研究积淀,但我们有的是高山——探索宇宙线最好的地方就是高海拔地区。

最初是中日科学家在西藏甘巴拉山上建了一个观测站,还在珠峰6700米的营地做了小型试验。这些试验给了我们很好的平台,我们开始进入国际先进研究行列。

到了20世纪80年代中期,我们开始有机会跟世界上最好的研究团队合作。1989年,谭有恒等人提出在西藏建立第一代伽马天文探测器。那在国际上看来是一个小型装置,但由于我们得天独厚的地理条件,哪怕它不够大,也能有一席之地。

当时我还是个博士生。1992年,我成为羊八井宇宙线国际观测站的第一个值班人员。2019年,羊八井观测站取得令人瞩目的进展:探测到当时最高能量的宇宙伽马射线,这是后话。

从一开始跟着日本科学家学习,到1998年与意大利科学家共同启动ARGO-YBJ实验,形势完全改观了。在中意合作建设第二代伽马天文高山探测器过程中,中国科学家发挥着重要角色。合作项目的人员比例、经费投入都是1:1,这说明我们已经跟国际水平并跑了。

中国宇宙线研究发展到今天,已经经过了三代人的付出和努力。到了第四代的时候,我们终于迎来一个大好机会——“拉索”建成了!“十二五”期间,我们开始在四川稻城建设宇宙线观测的大科学装置——“拉索”(高海拔宇宙线观测站英文简称LHAASO的音译),它由5216个探测器组成一个个平方公里阵列,是当今世界最大的宇宙线观测同类装置。

我曾将一张“拉索”的鸟瞰图发给一位美国同事,他说:“每看一次这张照片,就觉得美国落后了。”

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LHAASO鸟瞰图 曹臻供图

“拉索”也不辱使命。在建设过程中就已经产出重大成果了。一项成果是,我们发现银河系内部普遍存在超过人类现有最大粒子加速器几个量级的高能粒子加速器;另一个是,我们利用“拉索”探测到破纪录的拍电子伏光子。

海德堡的著名天体物理学家Felix Aharonian盛赞“拉索”是“已经投入观测运行了的未来探测器”。可以说,未来我们至少引领这个领域20年。

当然,这个历程也不是一帆风顺的。我的博士副导师丁林垲,曾经(2001年)非常忧虑于,第二代宇宙线研究科学家霍安祥名下的8名博士,全部离开了国内宇宙线领域。而我是霍先生的学生中,唯一一个留下来继续做宇宙线研究的。

但是,现在完全不一样了,我和其他几位老师的学生大部分留在了国内宇宙线界,作为第四代传人,他们已成为骨干力量,他们的许多同辈也在国外学成归来,整个领域后继有人、欣欣向荣。原因非常简单,现在中国正处于大力发展基础研究、逐渐引领学科发展的好时机。

我认为,无论什么研究,要走到世界前沿去,都要付出很大的努力。如果没有几代人的奋斗,想占领国际前沿,是难做到的。而如果没有一代代的传承,没有国家大力支持大科学装置的建设,中国宇宙线研究也不会有今天。

(作者系中国科学院高能物理所研究员、LHAASO首席科学家,本报记者赵广立根据第十三届创新中国论坛上演讲整理)

 
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