弘扬新时代科学家精神 | 从海子山出发！【中国科讯】

坐在北京的办公室里，“拉索”运行部主任吴超勇等人实时掌控着海子山上的动向。每天，他都能收到一堆曲线图。像业务熟练的医生一样，他一眼就能从曲里拐弯的线条里，判断出“拉索”的健康情况。

海子山、“拉索”，他们太熟悉了。海子山距离稻城亚丁机场大约有10公里，海拔4410米。“拉索”又名“高海拔宇宙线观测站”，是世界上海拔最高、规模最大、灵敏度最强的超高能伽马射线探测装置。

2015年，作为第一批“拓荒者”，吴超勇等人“上山”清理漂砾、平整土地，为“拉索”腾出190个足球场那么大的地盘。之后7年，他们每年有一大半时间在海子山上建装置。幸运的是，刚建到一半时，“拉索”就打开了天文观测的新窗口。

2023年，“拉索”正式建成运行。科学家们“下山”，回到实验室。如今，每一分、每一秒，数据通过自动化处理和传输技术从海子山出发，传向世界各地。与之一同广为流传的，还有海子山上留下的故事和精神。

在“外面的人”看来，“拉索”的出现可以追溯到2009年的一次香山科学会议。会上，中国科学院高能物理研究所（以下简称高能所）研究员曹臻首次公开分享了关于“拉索”的构想。只有“里面的人”才知道，这个想法起始于理想主义者们碰撞出来的火花。在无数个不眠之夜里，火花变成了小火苗，再燃起烈焰，带着绝地反击的决绝。

2004年，旅美近十年的曹臻回国工作，成为羊八井宇宙线观测站中意合作实验ARGO-YBJ的中方负责人。当时，大家期待着ARGO-YBJ可以帮助中国在国际宇宙线研究中占据一席之地。

2006年，ARGO-YBJ建成。一年、两年过去了，曹臻等国内科学家与意大利同事们一起努力，利用ARGO-YBJ取得了一些重要的研究成果，但在国际宇宙线探测技术突飞猛进的竞争环境中，进一步的深入研究对探测器性能提出了更高要求。

“中国的宇宙线研究该朝哪个方向发展？”同在高能所工作的曹臻、何会海、姚志国、查敏等科研骨干力量开始谋求出路，“要么绝地反击，要么永远跟在别人的后面！”

他们常常聚在一起讨论。有时，曹臻会在晚上9点以后把志同道合的伙伴们召集起来，人少时就聚在曹臻的办公室里，人多时就聚在实验室。“夜猫子”们边喝茶边聊，时不时拿着两指粗的油墨笔在大黑板上写写画画，一聊就聊到凌晨一两点。

夜聊中，大家逐渐形成一个共识——高能伽马天文研究仍然是未来宇宙线物理学若干前沿问题中“最有希望的突破点”和“希望之光”。同时，有一个令人困惑的问题特别值得关注。

宇宙线是来自外太空的高能粒子，包括质子、电子、伽马射线等。它们在穿越宇宙空间时会与物质、宇宙背景光相互作用，在碰撞的过程中粒子能量会降低。尽管如此，宇宙线能量最高能达到10万拍电子伏特。与之对应，到达地球的光子的最高能量应该在1拍电子伏特左右，但是人类目前测到的光子最高能量却只有0.1拍电子伏特以下。

要解开这个问题，需要性能更强大的探测装置。夜聊中，他们有时讨论怎样升级ARGO-YBJ，有时讨论换一条新的技术路线，思绪天马行空，但每个人都知道“大科学装置花费巨大，哪是想做就能做的”。

2008年，幸运之光终于照了进来。国家启动了“十二五”规划项目的遴选工作，大规模的宇宙线探索计划有了参与竞争的机会。

自那之后，夜聊更聚焦了，大家摩拳擦掌。他们锁定国内已积累半个多世纪的宇宙线研究方向，把国际上成功的、失败的各类宇宙线探测技术放到一起，寻找最前沿、最经济、最可行的路线。

后来，“拉索”一点点成型。地面粒子探测阵列、水切伦科夫探测器阵列、望远镜探测阵列等多种技术手段被整合，全方位覆盖了宇宙线与伽马射线的不同能段。

带着基本成型的设计方案，这支团队先后用了5年时间为“拉索”选址。他们跑遍了西藏、青海、云南、四川等所有具备高海拔特征的区域，发现只有海子山能满足所有条件——海拔高，可以减少大气对宇宙线粒子的影响；地势平坦、交通便利；有充足的水资源，可以满足大量超纯净水的需求。海子山成为最佳候选站址。在四川省的大力支持下，2015年末，“拉索”获得国家发展改革委批复立项，建设周期4年，总投资约12亿元。

吴超勇记得，他第一次“上山”时，看到了山头上蹲着的狼。午夜的狼嚎提醒他，这里是“连牦牛都不去的地方”。

牦牛不愿意去，科学家们却愿意。他们心里憋着一股劲。2009年，当曹臻第一次在国际会议上分享“拉索”计划时，同行投来质疑的目光：“你们花这么多钱建这个东西，没准儿将来什么也看不见。”曹臻高声回答：“宇宙这么复杂，没开展实验探索你是不知道的。”

要证明这一点，就需要把实验装置建得足够先进。根据设计，“拉索”包括3个探测器阵列，一是位于中心的7.8万平方米水池——水切伦科夫探测器阵列；二是水池周围以“品”字形布设的地面粒子探测器阵列，包括1188台缪子探测器、5216台电磁粒子探测器；三是18台可移动的切伦科夫望远镜。其中的每个零件都可能影响装置的整体性能。

为了让水切伦科夫探测器阵列捕捉到粒子微弱的切伦科夫光，科学家们要求水体建筑必须绝对防光；水体在-35℃的冬季不能结冰，且昼夜温差不得超过0.05℃；总水量每天的变化率控制在0.03%以内。

工程建设时，曹臻、水池建设的负责人陈明君等科学家跟着工人一起干。他们平时用来写字和敲键盘的手指，常被冻得不听使唤，大家还因此得了个外号——“创可贴消耗大户”。在工程与科学技术的合作下，水切伦科夫探测器阵列成为世界上最灵敏的甚高能伽马射线源巡天观测装置，工程方也因此拿下四川省建设工程“天府杯”金奖。

地面粒子探测器阵列，也在挑战极限。当一个超高能粒子引发的级联簇射到达地面时，粒子先后时差以十几纳秒计，这要求上千个探测器同步工作，对每个信号的反应达到亚纳秒级。

阵列系统团队与清华大学合作，把授时系统精度一点点磨到0.2纳秒，打造出世界上最高同步精度的时间分配系统，最终支撑地面粒子探测阵列成为目前世界上最灵敏的超高能伽马射线探测装置。

广角切伦科夫望远镜背后也有故事。就在安装工作即将开始之前，大家发现，他们可以采用更先进的技术方案，突破传统探测器只能在晴朗无月的晚上工作的瓶颈，因为月光太亮了，会让望远镜中的光电倍增管“失明”。

当时，国际上有一种尚未大规模应用的新技术——硅光电倍增管。经过反复研究，大家觉得可以“搏”一把，将传统设计方案换成了硅光电倍增管方案。擅长数据分析工作的团队成员杨明洁记得，当时，她每天穿梭在焊接厂、组装单位、标定技术单位之间，很快就“十八般武艺样样精通”。而“拉索”也成为世界上第一个如此大规模应用硅光电倍增管的宇宙线探测装置，望远镜有效观测时间成倍增加。

各显神通的三大阵列让“拉索”成为世界上能量覆盖范围最宽的超高能宇宙线复合式立体测量系统。

2020年4月初，刚刚建成一半的“拉索”捕捉到一缕“划破高能伽马天空的曙光”。曹臻和团队成员们兴奋极了。

从建设一开始，曹臻就提出了“边建设，边运行”的思路：“第一年，我们先建1/4，运行半年，再建1/4，凑成1/2，再运行半年……”曹臻把建设进度规划到了每一天、每一月、每半年。到2019年4月，“拉索”已经完成1/4规模建设并投入科学运行。

看到“曙光”后，经过3个月的验证，大家确信，那就是他们从一开始就渴望寻找的超高能伽马光子。2021年春天，他们通过《自然》杂志向全球宣告了新发现——宇宙里伽马光子能量的理论极限已经被突破。

当越来越多的超高能光子被看到时，“拉索”推开了一扇新宇宙的大门，门外是人类未曾涉足过的领域——超高能伽马天文学。

2021年7月，“拉索”完成了全阵列建设并投入运行。凭借极高的“视力”，它很快又成为宇宙的“宠儿”。2022年10月9日21点17分，地球接收到了宇宙深处传来的、史上最亮的伽马射线暴GRB 221009A。爆发持续了20多分钟，一分不落、不偏不倚地落在了“拉索”上。“拉索”成为全球唯一 一个探测到这场伽马射线暴的地面探测器。

“就像宇宙中有人打开了一支手电筒亮了20多分钟，20亿年后恰好照在我们身上。”曹臻说。

他们用勤奋和努力迎接这份幸运。经过半年的细致研究，2023年6月8日，“拉索”团队在《科学》发布GRB 221009A的观测成果，揭示了此伽马射线暴史上最亮的成因。2023年11月16日，“拉索”团队又向全球发布GRB 221009A高能伽马辐射的精确能谱。他们发现，该能谱挑战了传统的伽马暴余辉的标准辐射模型，揭示出宇宙背景光在红外波段强度低于预期。这份能谱为检验爱因斯坦相对论的适用范围、探索暗物质候选粒子——轴子等提供了重要信息。

在2023年5月10日“拉索”完成国家验收之前，基于该装置数据发表的期刊论文就已达215篇、会议论文约150多篇。“拉索”因此成为各大国际会议的主角。

在此之前，中国人很少能走上国际宇宙线研究的报告台。曹臻记得，2019年，团队的报告申请曾被一次国际学术大会主办方拒绝。而如今，在同样的大会上，“拉索”的报告总是被排在最前面。

曹臻感慨：“只要我们做出了世界一流的科学成果，就能为世界宇宙线知识体系作出来自中国的贡献，我们的思想就能自然而然地融入人类文明的历史。”

过去质疑“拉索”可行性的国内外同行，如今也都成了“拉索”的追随者。为了更好地探秘宇宙，曹臻坚持以开放的姿态欢迎各国科学家。

“只有更广泛地开展合作，才能集合科研力量、拓展科研范围，最大限度地发挥‘拉索’的效能，为人类获得更多科研成果。”曹臻说。

他介绍，目前，在四川省的大力支持下，“拉索”将再添32台望远镜，使其空间分辨率由目前的0.2度提升至0.04度。“这就好比从能看见月亮上的一片片‘海’，到能看清楚一座座‘环形山’。这将助力‘拉索’突破现有研究局限，继续在宇宙线领域保持国际领先地位。”曹臻说。

不仅如此，从“拉索”成长起来的水切伦科夫探测器团队正在推动一个全新研究项目——高能水下中微子望远镜项目（HUNT），在千米深水中研发下一代中微子天文探测器技术。