拉索·新发现 全球首次打开十万亿电子伏波段的伽马射线暴观测窗口

　　10月24日晚，甘孜州稻城县海子山迎来了入秋后的第一场大雪。漫天飞舞的雪花很快把1000多个均匀排列在海拔4410米山顶上的巨大“土堆”和“土堆”正中央的三栋超大型“房间”染成了白色，这里是全球最大、灵敏度最高的宇宙线观测站——国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站（LHAASO，拉索）。宇宙无限，“信使”有痕，就在10月9日21点17分，高海拔宇宙线观测站、高能爆发探索者和“慧眼”卫星同时探测到迄今最亮的伽马射线暴，打破了多项伽马射线暴观测纪录。

　　伽马射线暴是宇宙中最剧烈的天体爆发现象，短至几毫秒，长达数小时，释放的能量超过太阳一生辐射能量的总和。捕捉和高统计量观测伽马射线暴是拉索的重要科学目标之一。此次亮度空前的爆发，正好发生在其视场的中心附近。拉索在本次观测中探测到了大量的高能光子，最高光子能量达到18万亿电子伏（TeV），在国际上首次打开了10万亿电子伏波段的伽马射线暴观测窗口。在过去半个多世纪探测到的数千个伽马射线暴中，最高能量光子达到大约1TeV。

　　山顶上的那三栋面积达到7.8万平方米的超大型“房间”是水切伦科夫探测器阵列，主要探测的是银河系内外甚高能伽马射线源。在探测伽马射线暴的过程中，中国科学院高能物理研究所研究员陈明君和团队负责的水切伦科夫探测器阵列发挥了重要作用。它是拉索四大探测器阵列之一，位于整个观测站的中央，由3个水池组成。2021年3月，探测器阵列全部转入了正式平稳的科学运行阶段，为了测量世界上最微弱的光信号，它是在完全黑暗的环境中运行。

　　24日，陈明君和同事穿上洁净服、戴上脚套，划着小船进入伸手不见五指的三号水池，他们要逐一检查维护这里的探测器单元和电子学箱。船划到指定位置，黑暗中陈明君的头灯光束直射水底，水下硕大的探测器单元核心设备——光电倍增管，被照得清晰可见，他和同事一起用“钩子”把光电倍增管拉起，进行检查。“水池里的深度是4.5米，这些纯净水的透明度比自来水高三倍以上，切伦科夫光就从里面捕获。”陈明君告诉记者。

　　当宇宙线到达地球大气层时，会产生许许多多的次级粒子。这些粒子划过“房间”里的纯净水时，会发出非常微弱的蓝光，这就是切伦科夫光。再经过水底安装的光敏探头通过测量这些微弱光的光强和到达时间分析出所需要的宇宙线信号。目前，拉索的水切伦科夫探测器是世界上最大体量的纯净水探测器，内储净水35万吨相当于190个标准泳池的用水量。要维持这么大体量水的透明度，国际上没有可以借鉴的经验，陈明君与团队一起经过多年的摸索试验，通过调节加氯剂量方式和增加水循环流量，成功解决了该难题。

　　为了成功捕捉到宇宙线，我国的科研人员创新发展并应用了多项国际先进的探测器技术，安装在水底的光电倍增管就是其中之一。7.8万平方米的“房间”中整齐地布置了3120个探测器单元，其中安装了2200多支完全国产化的20英寸光电倍增管。这是国际上最大尺寸的光电倍增管在宇宙线实验领域里的第一次大规模成功应用。探测器单元的光电倍增管将接收到的光信号，转化为时间切片，探测器每分钟能有3万多张切片。在这些切片中显示的带颜色的光点，颜色越明亮，表明射线能量越强。这次伽马射线暴的发现，探测器单元非常清楚地记录下来自24亿光年外的能量。

　　换好服装走出3号水池的陈明君与团队工作人员来到屋外，他们讨论着今天检测遇到的问题。飞舞的雪花在车灯的照射下，在空中拉起了根根亮线，陈明君说：“它们看起来真美，就像宇宙线来到拉索的轨迹。我们将时刻准备好，迎接更多、更远的‘宇宙信使’。”

　　链接

　　拉索是以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施，由我国自主提出并设计建造。观测站位于四川省稻城县海拔4410米的海子山，占地面积约1.36平方公里。拉索主体工程于2021年7月完成建设并投入科学运行，是世界上灵敏度最高的超高能伽马射线天文台，开启了“超高能伽马天文学”观测时代。

　　10月21日，陈明君（左）与团队工作人员观察水下4.5米深的探测器单元的光电倍增管。

　　10月21日，陈明君划着小船在水切伦科夫探测器阵列的水面上观察。

　　10月21日，科研人员在维护拉索的缪子探测器。

　　10月21日，科研人员行走在水切伦科夫探测器的屋顶上。远方的每个大概36平方米的土堆是拉索的缪子探测器，放置了装有超纯水的高反射率水袋。

　　为了更好地测量宇宙线在大气中的切伦科夫光，10月21日晚，科研人员利用激光进行广角切伦科夫望远镜的能量标定。

　　10月21日，科研人员在电脑上展示探测器的时间切片，片中显示的带颜色的光点，颜色越明亮，表明射线能量越强。

　　10月24日晚，拉索迎来了今秋的第一场大雪，走出水切伦科夫探测器的陈明君（中）与团队工作人员讨论需要解决的问题。