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“拉索”項(xiàng)目全景。高能所供圖

開(kāi)欄語(yǔ)

新中國(guó)成立以來(lái)，廣大科技工作者在中國(guó)大地上樹(shù)立起一座座科技創(chuàng)新的豐碑，鑄就了愛(ài)國(guó)、創(chuàng)新、求實(shí)、奉獻(xiàn)、協(xié)同、育人的科學(xué)家精神。新時(shí)代，在加快建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)、實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)、搶占科技制高點(diǎn)的偉大征程中，中國(guó)科學(xué)院人以愛(ài)國(guó)奉獻(xiàn)為底色，以民族復(fù)興為己任，矢志創(chuàng)新、攻堅(jiān)克難，不斷為科學(xué)家精神注入新的時(shí)代內(nèi)涵。

自今日起，本報(bào)開(kāi)設(shè)“攻堅(jiān)：弘揚(yáng)新時(shí)代科學(xué)家精神”專欄，挖掘新時(shí)代中國(guó)科學(xué)院人在搶占科技制高點(diǎn)中展現(xiàn)出來(lái)的科學(xué)家精神，進(jìn)一步鼓舞并激勵(lì)廣大科技工作者堅(jiān)守報(bào)國(guó)初心、追求科學(xué)夢(mèng)想、勇攀科學(xué)高峰，為加快實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)、建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)再立新功。

坐在北京的辦公室里，“拉索”運(yùn)行部主任吳超勇等人實(shí)時(shí)掌控著海子山上的動(dòng)向。每天，他都能收到一堆曲線圖。像業(yè)務(wù)熟練的醫(yī)生一樣，他一眼就能從曲里拐彎的線條里，判斷出“拉索”的健康情況。

海子山、“拉索”，他們太熟悉了。海子山距離稻城亞丁機(jī)場(chǎng)大約有10公里，海拔4410米?！袄鳌庇置案吆０斡钪婢€觀測(cè)站”，是世界上海拔最高、規(guī)模最大、靈敏度最強(qiáng)的超高能伽馬射線探測(cè)裝置。

2015年，作為第一批“拓荒者”，吳超勇等人“上山”清理漂礫、平整土地，為“拉索”騰出190個(gè)足球場(chǎng)那么大的地盤(pán)。之后7年，他們每年有一大半時(shí)間在海子山上建裝置。幸運(yùn)的是，剛建到一半時(shí)，“拉索”就打開(kāi)了天文觀測(cè)的新窗口。

2023年，“拉索”正式建成運(yùn)行。科學(xué)家們“下山”，回到實(shí)驗(yàn)室。如今，每一分、每一秒，數(shù)據(jù)通過(guò)自動(dòng)化處理和傳輸技術(shù)從海子山出發(fā)，傳向世界各地。與之一同廣為流傳的，還有海子山上留下的故事和精神。

敢想：找到海子山

在“外面的人”看來(lái)，“拉索”的出現(xiàn)可以追溯到2009年的一次香山科學(xué)會(huì)議。會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所（以下簡(jiǎn)稱高能所）研究員曹臻首次公開(kāi)分享了關(guān)于“拉索”的構(gòu)想。只有“里面的人”才知道，這個(gè)想法起始于理想主義者們碰撞出來(lái)的火花。在無(wú)數(shù)個(gè)不眠之夜里，火花變成了小火苗，再燃起烈焰，帶著絕地反擊的決絕。

2004年，旅美近十年的曹臻回國(guó)工作，成為羊八井宇宙線觀測(cè)站中意合作實(shí)驗(yàn)ARGO-YBJ的中方負(fù)責(zé)人。當(dāng)時(shí)，大家期待著ARGO-YBJ可以幫助中國(guó)在國(guó)際宇宙線研究中占據(jù)一席之地。

2006年，ARGO-YBJ建成。一年、兩年過(guò)去了，曹臻等國(guó)內(nèi)科學(xué)家與意大利同事們一起努力，利用ARGO-YBJ取得了一些重要的研究成果，但在國(guó)際宇宙線探測(cè)技術(shù)突飛猛進(jìn)的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中，進(jìn)一步的深入研究對(duì)探測(cè)器性能提出了更高要求。

“中國(guó)的宇宙線研究該朝哪個(gè)方向發(fā)展？”同在高能所工作的曹臻、何會(huì)海、姚志國(guó)、查敏等科研骨干力量開(kāi)始謀求出路，“要么絕地反擊，要么永遠(yuǎn)跟在別人的后面！”

他們常常聚在一起討論。有時(shí)，曹臻會(huì)在晚上9點(diǎn)以后把志同道合的伙伴們召集起來(lái)，人少時(shí)就聚在曹臻的辦公室里，人多時(shí)就聚在實(shí)驗(yàn)室。“夜貓子”們邊喝茶邊聊，時(shí)不時(shí)拿著兩指粗的油墨筆在大黑板上寫(xiě)寫(xiě)畫(huà)畫(huà)，一聊就聊到凌晨一兩點(diǎn)。

夜聊中，大家逐漸形成一個(gè)共識(shí)——高能伽馬天文研究仍然是未來(lái)宇宙線物理學(xué)若干前沿問(wèn)題中“最有希望的突破點(diǎn)”和“希望之光”。同時(shí)，有一個(gè)令人困惑的問(wèn)題特別值得關(guān)注。

宇宙線是來(lái)自外太空的高能粒子，包括質(zhì)子、電子、伽馬射線等。它們?cè)诖┰接钪婵臻g時(shí)會(huì)與物質(zhì)、宇宙背景光相互作用，在碰撞的過(guò)程中粒子能量會(huì)降低。盡管如此，宇宙線能量最高能達(dá)到10萬(wàn)拍電子伏特。與之對(duì)應(yīng)，到達(dá)地球的光子的最高能量應(yīng)該在1拍電子伏特左右，但是人類目前測(cè)到的光子最高能量卻只有0.1拍電子伏特以下。

要解開(kāi)這個(gè)問(wèn)題，需要性能更強(qiáng)大的探測(cè)裝置。夜聊中，他們有時(shí)討論怎樣升級(jí)ARGO-YBJ，有時(shí)討論換一條新的技術(shù)路線，思緒天馬行空，但每個(gè)人都知道“大科學(xué)裝置花費(fèi)巨大，哪是想做就能做的”。

2008年，幸運(yùn)之光終于照了進(jìn)來(lái)。國(guó)家啟動(dòng)了“十二五”規(guī)劃項(xiàng)目的遴選工作，大規(guī)模的宇宙線探索計(jì)劃有了參與競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)會(huì)。

自那之后，夜聊更聚焦了，大家摩拳擦掌。他們鎖定國(guó)內(nèi)已積累半個(gè)多世紀(jì)的宇宙線研究方向，把國(guó)際上成功的、失敗的各類宇宙線探測(cè)技術(shù)放到一起，尋找最前沿、最經(jīng)濟(jì)、最可行的路線。

后來(lái)，“拉索”一點(diǎn)點(diǎn)成型。地面粒子探測(cè)陣列、水切倫科夫探測(cè)器陣列、望遠(yuǎn)鏡探測(cè)陣列等多種技術(shù)手段被整合，全方位覆蓋了宇宙線與伽馬射線的不同能段。

帶著基本成型的設(shè)計(jì)方案，這支團(tuán)隊(duì)先后用了5年時(shí)間為“拉索”選址。他們跑遍了西藏、青海、云南、四川等所有具備高海拔特征的區(qū)域，發(fā)現(xiàn)只有海子山能滿足所有條件——海拔高，可以減少大氣對(duì)宇宙線粒子的影響；地勢(shì)平坦、交通便利；有充足的水資源，可以滿足大量超純凈水的需求。海子山成為最佳候選站址。在四川省的大力支持下，2015年末，“拉索”獲得國(guó)家發(fā)展改革委批復(fù)立項(xiàng)，建設(shè)周期4年，總投資約12億元。

敢干：扎根海子山

吳超勇記得，他第一次“上山”時(shí)，看到了山頭上蹲著的狼。午夜的狼嚎提醒他，這里是“連牦牛都不去的地方”。

牦牛不愿意去，科學(xué)家們卻愿意。他們心里憋著一股勁。2009年，當(dāng)曹臻第一次在國(guó)際會(huì)議上分享“拉索”計(jì)劃時(shí)，同行投來(lái)質(zhì)疑的目光：“你們花這么多錢(qián)建這個(gè)東西，沒(méi)準(zhǔn)兒將來(lái)什么也看不見(jiàn)?！辈苷楦呗暬卮穑骸坝钪孢@么復(fù)雜，沒(méi)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探索你是不知道的。”

要證明這一點(diǎn)，就需要把實(shí)驗(yàn)裝置建得足夠先進(jìn)。根據(jù)設(shè)計(jì)，“拉索”包括3個(gè)探測(cè)器陣列，一是位于中心的7.8萬(wàn)平方米水池——水切倫科夫探測(cè)器陣列；二是水池周圍以“品”字形布設(shè)的地面粒子探測(cè)器陣列，包括1188臺(tái)繆子探測(cè)器、5216臺(tái)電磁粒子探測(cè)器；三是18臺(tái)可移動(dòng)的切倫科夫望遠(yuǎn)鏡。其中的每個(gè)零件都可能影響裝置的整體性能。

為了讓水切倫科夫探測(cè)器陣列捕捉到粒子微弱的切倫科夫光，科學(xué)家們要求水體建筑必須絕對(duì)防光；水體在-35℃的冬季不能結(jié)冰，且晝夜溫差不得超過(guò)0.05℃；總水量每天的變化率控制在0.03%以內(nèi)。

工程建設(shè)時(shí)，曹臻、水池建設(shè)的負(fù)責(zé)人陳明君等科學(xué)家跟著工人一起干。他們平時(shí)用來(lái)寫(xiě)字和敲鍵盤(pán)的手指，常被凍得不聽(tīng)使喚，大家還因此得了個(gè)外號(hào)——“創(chuàng)可貼消耗大戶”。在工程與科學(xué)技術(shù)的合作下，水切倫科夫探測(cè)器陣列成為世界上最靈敏的甚高能伽馬射線源巡天觀測(cè)裝置，工程方也因此拿下四川省建設(shè)工程“天府杯”金獎(jiǎng)。

地面粒子探測(cè)器陣列，也在挑戰(zhàn)極限。當(dāng)一個(gè)超高能粒子引發(fā)的級(jí)聯(lián)簇射到達(dá)地面時(shí)，粒子先后時(shí)差以十幾納秒計(jì)，這要求上千個(gè)探測(cè)器同步工作，對(duì)每個(gè)信號(hào)的反應(yīng)達(dá)到亞納秒級(jí)。

陣列系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)合作，把授時(shí)系統(tǒng)精度一點(diǎn)點(diǎn)磨到0.2納秒，打造出世界上最高同步精度的時(shí)間分配系統(tǒng)，最終支撐地面粒子探測(cè)陣列成為目前世界上最靈敏的超高能伽馬射線探測(cè)裝置。

廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡背后也有故事。就在安裝工作即將開(kāi)始之前，大家發(fā)現(xiàn)，他們可以采用更先進(jìn)的技術(shù)方案，突破傳統(tǒng)探測(cè)器只能在晴朗無(wú)月的晚上工作的瓶頸，因?yàn)樵鹿馓亮?，?huì)讓望遠(yuǎn)鏡中的光電倍增管“失明”。

當(dāng)時(shí)，國(guó)際上有一種尚未大規(guī)模應(yīng)用的新技術(shù)——硅光電倍增管。經(jīng)過(guò)反復(fù)研究，大家覺(jué)得可以“搏”一把，將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案換成了硅光電倍增管方案。擅長(zhǎng)數(shù)據(jù)分析工作的團(tuán)隊(duì)成員楊明潔記得，當(dāng)時(shí)，她每天穿梭在焊接廠、組裝單位、標(biāo)定技術(shù)單位之間，很快就“十八般武藝樣樣精通”。而“拉索”也成為世界上第一個(gè)如此大規(guī)模應(yīng)用硅光電倍增管的宇宙線探測(cè)裝置，望遠(yuǎn)鏡有效觀測(cè)時(shí)間成倍增加。

各顯神通的三大陣列讓“拉索”成為世界上能量覆蓋范圍最寬的超高能宇宙線復(fù)合式立體測(cè)量系統(tǒng)。

敢當(dāng)：從海子山到全世界

2020年4月初，剛剛建成一半的“拉索”捕捉到一縷“劃破高能伽馬天空的曙光”。曹臻和團(tuán)隊(duì)成員們興奮極了。

從建設(shè)一開(kāi)始，曹臻就提出了“邊建設(shè)，邊運(yùn)行”的思路：“第一年，我們先建1/4，運(yùn)行半年，再建1/4，湊成1/2，再運(yùn)行半年……”曹臻把建設(shè)進(jìn)度規(guī)劃到了每一天、每一月、每半年。到2019年4月，“拉索”已經(jīng)完成1/4規(guī)模建設(shè)并投入科學(xué)運(yùn)行。

看到“曙光”后，經(jīng)過(guò)3個(gè)月的驗(yàn)證，大家確信，那就是他們從一開(kāi)始就渴望尋找的超高能伽馬光子。2021年春天，他們通過(guò)《自然》雜志向全球宣告了新發(fā)現(xiàn)——宇宙里伽馬光子能量的理論極限已經(jīng)被突破。

當(dāng)越來(lái)越多的超高能光子被看到時(shí)，“拉索”推開(kāi)了一扇新宇宙的大門(mén)，門(mén)外是人類未曾涉足過(guò)的領(lǐng)域——超高能伽馬天文學(xué)。

2021年7月，“拉索”完成了全陣列建設(shè)并投入運(yùn)行。憑借極高的“視力”，它很快又成為宇宙的“寵兒”。2022年10月9日21點(diǎn)17分，地球接收到了宇宙深處傳來(lái)的、史上最亮的伽馬射線暴GRB 221009A。爆發(fā)持續(xù)了20多分鐘，一分不落、不偏不倚地落在了“拉索”上。“拉索”成為全球唯一 一個(gè)探測(cè)到這場(chǎng)伽馬射線暴的地面探測(cè)器。

“就像宇宙中有人打開(kāi)了一支手電筒亮了20多分鐘，20億年后恰好照在我們身上?！辈苷檎f(shuō)。

他們用勤奮和努力迎接這份幸運(yùn)。經(jīng)過(guò)半年的細(xì)致研究，2023年6月8日，“拉索”團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》發(fā)布GRB 221009A的觀測(cè)成果，揭示了此伽馬射線暴史上最亮的成因。2023年11月16日，“拉索”團(tuán)隊(duì)又向全球發(fā)布GRB 221009A高能伽馬輻射的精確能譜。他們發(fā)現(xiàn)，該能譜挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的伽馬暴余輝的標(biāo)準(zhǔn)輻射模型，揭示出宇宙背景光在紅外波段強(qiáng)度低于預(yù)期。這份能譜為檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦相對(duì)論的適用范圍、探索暗物質(zhì)候選粒子——軸子等提供了重要信息。

在2023年5月10日“拉索”完成國(guó)家驗(yàn)收之前，基于該裝置數(shù)據(jù)發(fā)表的期刊論文就已達(dá)215篇、會(huì)議論文約150多篇?！袄鳌币虼顺蔀楦鞔髧?guó)際會(huì)議的主角。

在此之前，中國(guó)人很少能走上國(guó)際宇宙線研究的報(bào)告臺(tái)。曹臻記得，2019年，團(tuán)隊(duì)的報(bào)告申請(qǐng)?jiān)灰淮螄?guó)際學(xué)術(shù)大會(huì)主辦方拒絕。而如今，在同樣的大會(huì)上，“拉索”的報(bào)告總是被排在最前面。

曹臻感慨：“只要我們做出了世界一流的科學(xué)成果，就能為世界宇宙線知識(shí)體系作出來(lái)自中國(guó)的貢獻(xiàn)，我們的思想就能自然而然地融入人類文明的歷史?！?/p>

過(guò)去質(zhì)疑“拉索”可行性的國(guó)內(nèi)外同行，如今也都成了“拉索”的追隨者。為了更好地探秘宇宙，曹臻堅(jiān)持以開(kāi)放的姿態(tài)歡迎各國(guó)科學(xué)家。

“只有更廣泛地開(kāi)展合作，才能集合科研力量、拓展科研范圍，最大限度地發(fā)揮‘拉索’的效能，為人類獲得更多科研成果?！辈苷檎f(shuō)。

他介紹，目前，在四川省的大力支持下，“拉索”將再添32臺(tái)望遠(yuǎn)鏡，使其空間分辨率由目前的0.2度提升至0.04度?！斑@就好比從能看見(jiàn)月亮上的一片片‘?！?，到能看清楚一座座‘環(huán)形山’。這將助力‘拉索’突破現(xiàn)有研究局限，繼續(xù)在宇宙線領(lǐng)域保持國(guó)際領(lǐng)先地位?！辈苷檎f(shuō)。

不僅如此，從“拉索”成長(zhǎng)起來(lái)的水切倫科夫探測(cè)器團(tuán)隊(duì)正在推動(dòng)一個(gè)全新研究項(xiàng)目——高能水下中微子望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目（HUNT），在千米深水中研發(fā)下一代中微子天文探測(cè)器技術(shù)。

如今，來(lái)自全球的科學(xué)家們，只要坐在電腦前敲出指令，“拉索”的數(shù)據(jù)就會(huì)源源不斷地從海子山傳進(jìn)他們的電腦里。而來(lái)自中國(guó)的理想主義者們，仍在以海子山和海子山上敢想、敢干、敢當(dāng)?shù)木駷樾缕瘘c(diǎn)，探尋下一個(gè)前沿。

（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》?2024-10-29?第1版?要聞）