存眷风云之声 提拔头脑条理

导读

袁岚峰和中国科学技能大学天文系特任传授杨睿智博士和中国科学院高能物理研究所青年研究员陈松战博士两位老师一路直播，先容了近来“拉索”（高海拔宇宙线观察站，Large High Altitude Air Shower Observatory，英文简称LHAASO）的庞大结果。这是直播内容的第二集，第一集见：（《中国科学家收到“天外来信”，有大概是外星人吗？| 科技袁人》）。

视频链接：西瓜视频： http://www.yaotansuo.com/allimgs/39tansuo/20221117/6938.png

本视频公布于2021年7月2日，寓目量已达4.3万

出色再现：

探测宇宙线有哪些要领？

袁岚峰（西瓜视频科普创作者；中国科学院科学流传研究中间副主任；中国科学技能大学科技流传系副主任）：现在研究宇宙线有些什么要领？为什么要建拉索这么一个工具？

陈松战（中科院高能物理研究所研究员；LHAASO互助组物理阐发和谐人）：现在宇宙线，也许我们的宇宙线的探测实在便是，探测的要领适才讲的一个便是在太空我们放个卫星，厥后我们在空间站上放一个探测器就直接探测宇宙线粒子，为什么要跑到太空？便是由于我们为了躲避大气对宇宙线的一个汲取大概变化。我们的空间因为探测面积有限，以是说我们现在最大的也便是大概有一平米左右探测器，再大的话大概空间就没位置，但是我们宇宙线流强随着能量升高，家人们适才也讲了流强越来越低，你要求的探测面积越来越大，这种更高能量就必要在地面探测，实在我们拉索便是地面探测器，这个地面探测器有一个题目便是由于有大气拦截以是源初的宇宙线在进入大气中，它就会孕育发生一个粒子会打出两个粒子，两个打出四个，就逐步逐步变多，酿成许多粒子，以是我们在地面就探测源出粒子在大气孕育发生的次级粒子，便是我们拉索观察技能。

但是实在我们地面探测也有许多方法，好比说我们探测宇宙线次级粒子，我们拉索此中有探测器直接探测次级粒子，另有次级粒子在氛围中流传而孕育发生契伦科夫光，以是我们可以看到契伦科夫光，能量更高的话，实在这个粒子在氛围中还可以把氮分子引发，会孕育发生一个荧光，我们还可以探测宇宙线在大气孕育发生的荧光探测器，现在还进展一个新的技能便是这些粒子在大气中流传，由于有低磁场效应才可以采纳射电辐射，以是我们可以通过射电也可以探测宇宙线。

袁岚峰：这一下子说了几多种探测的要领，这的确把我们如今可以或许想到的种种次级效应全都给探测一遍。

拉索与契伦科夫辐射探测器

袁岚峰：这个也必要向家人们解说一下，契伦科夫是一个苏联的物理学家，但是发觉又一件事变，我们平常都说物体活动速率不克不及凌驾光速的，但是这有个条件，说的是真空中的高速，它是一个牢固值，便是也许每秒30万公里，这个是任何工具都不克不及凌驾的。但是假如是在介质中的光速，比喻说在玻璃里边，在水里边，在氛围里边，它谁人光速是比真空当中光速是要低的，由于它是真空的光速除以它的折射率，全部这些介质折射率都是大于一的，比喻说玻璃的折射率也许便是4/3，以是它那里的光速比力低，但是一个实物的粒子，它活动速率大概还比力高，它可以凌驾这个介质当中光速。以是当显现这种情形便是一个工具活动速率凌驾介质当中光速，它会打出一个本身的光，那便是契伦科夫辐射，契伦科夫也由于这个而得了诺贝尔物理学奖。

袁岚峰：契伦科夫辐射的探测器便是拉索焦点的探测器之一，拉索里边有大量的很多多少的水，水契伦科夫探测器，是不是另有其他的也是用到契伦科夫的？ 陈松战：我们拉索也许有四种探测器，此中有三项跟契伦科夫有关。第一个便是我们新发觉的一个指针，它有两个，一个地上的一个地下的，我们地下便是埋了一个超声水，超声水便是高能的在水中穿透，孕育发生契伦科夫光。固然我们另有另一个像一个很大的泅水池，放在泅水池的也是纯洁水，这内里也是高能粒子在水中孕育发生了契伦科夫光。我们另有另一个望远镜，望远镜，它也许便是通过高能粒子在氛围中飞行速率，由于氛围中粒子也是靠近光速，以是说比光在氛围的流传速率要快，以是也是叫超光，它也孕育发生契伦科夫光，我们这个大气中孕育发生契伦科夫光。以是说我们相称于有3/4的探测器都跟契伦科夫有关。

袁岚峰：是，我是看了你们谁人试验道理，发觉你们的确便是靠契伦科夫用饭，处处都是契伦科夫，但是尤其让我感触震惊的是，竟然有氛围契伦科夫探测器，由于氛围的折射率已经非常靠近于一了，氛围当中光速跟真空光速实在非常靠近，然后你还必要一个工具跑得超等超等快，它才气凌驾氛围当中的光速，这个比在水中凌驾光速难度就要大多了。以是如许能探测到的粒子应该黑白常少，效果你们竟然还能探测这么一堆。

杨睿智：不是，实在并不是，这个探测到的粒子照旧挺多的，由于次级粒子中的电子，由于电子质量很轻，以是它的洛伦兹因子都是很大的，以是它的确是可以发出契伦科夫光。以是实在很低能量的宇宙线也可以发出去大气契伦科夫光，这种技能它的探测服从照旧很高的。以是我们下一步也计划在拉索的赛特再建一个大气契伦科夫望远镜，我们现有的契伦科夫望远镜，重要是看宇宙线的，我们计划再建一个用来观察和拉索现有结果共同的，便是专门看高能伽马射线的一个契伦科夫望远镜阵列。

中国宇宙线研究进展进程

袁岚峰：在宇宙线探测方面，我们国度已经颠末几多代的进展了？这中心跟外洋有哪些互助？如今一般人能不克不及去观光拉索？由于我们宇宙线的进展实在我们起步是比力早的，也许是我们在方才开国的时间，我们老一代科学家就提出来研究宇宙线，为什么要研究宇宙线？实在其时还没有加快器，家人们发觉新的工具的粒子照旧靠宇宙线，便是自然的加快器来查找。好比我们适才讲了便是我们的宇宙线第一个诺贝尔奖，宇宙线便是1936年，实在背面另有一个发觉正电子也是在我们宇宙线探测中发觉的，固然另有许多其他根本粒子都在我们宇宙线发觉的，只不外厥后加快器显现了，它打新粒子发觉谁人概率比我们高多了，以是我们宇宙线最终才不得不转向天体方面。

大型强子对撞机实在我们老一代科学家便是方才开国的时间就开始在也许一九五几年的时间，在我们云南落雪山就建成了第一个高山的宇宙线试验室，那的海拔是3200米，这是我们第一代科学家，第一代照旧专注粒子物理，其时他们还发觉一个很新颖的奇怪粒子，如今老一代科学家一向在随着谁人粒子，也许如今我们高能全部一个老的科学家也许是前几天还给我们做陈诉，说从我们羊八井试验数据来阐发这种奇怪的粒子效果，我们第二代也许便是在西藏羊八井建了我们的一个宇宙线观察站，这儿我们从根本粒子研究转向了宇宙线自己的一个物理研究，其时1989年是跟日本人互助的，在西藏羊八井海拔4300，就建了一个AS γ 试验阵列，也许是从2000年我们又跟意大利互助，建了另一个阵列。

云南落雪山宇宙线试验站

羊八井国际宇宙线观察站

我根本上是相称于从研究开始参加试验数据阐发的，它们两个也都是要做伽马射线天文，但是都面向的是伽马天文。这个试验它活动更低一点，也许是0.1个的伽马射线天文。相称于说这是我们第一代、第二代的宇宙线阵列，拉索就像第三代的宇宙线阵列，我们拉索它的面积也许是比羊八井要更大，我们面积相称于AS γ 也许20倍，便是你的面积更大，你才气探测的能量更高，由于宇宙线流强很低。以是说相称于我们宇宙线阵列有三代了，也许是伽马、到我们拉索，但是我们做宇宙线的人，由于我们我们是有四代了，也许我都是属于第四代人，做宇宙线的人，他们属于第三代。以是相称于是我们连续搏斗了也许60年了，刚开始家人们还吃不饱饭的时间都开始研究宇宙线。

袁岚峰：这个是让我格外冲动的一点，我也去看过你们高能物理所的汗青，你会发觉我们国度对老一辈科学家可以说黑白常，就在50年月当时候啥都没有的时间，他们就想到要建宇宙线的观察站了，固然第一个谁人名字叫做四川（云南）落雪山，听起来很有武侠小说的范儿，落便是落下大雪的落。

陈松战：它是云南落雪山，在云南。

袁岚峰：谁人时间它就非常有计谋目光，但是我想这大概是由于我们国度当时候没有设置装备摆设加快器的条件，以是你唯一能探测的便是宇宙线，但是总之他们捉住这个时机了，然后这内里另有一位老老师的名字叫张文裕，这是高能所长处对吧？

陈松战：对，我们第一任长处。

袁岚峰：你们第一任长处便是他OK，张文裕他资历非常非常老，他是杨振宁和李政道的老师，杨振宁和李政道1957年得了诺贝尔物理学奖的时间，张文裕他先是给他们发了一个贺信，他亲身去了瑞典斯德哥尔摩到现场去为他们庆贺，其时他就提出来，他要请杨振宁和李政道返国来事情。这两人其时都说非常谢谢聘请，我们还想在美国再事情一段时间来增进本身的本领见地，在得当机遇再返国，固然厥后这个得当的机遇就到了好久好久，终极他们的确也返来了给国度做出非常大的奉献。以是这是我曩昔看过张文裕的故事，近来看到由于拉索的事变，又看到又是张文裕老老师，这老先辈他真是太不简单了，在这么艰难条件下，他们可以或许选择对他们来说最有利的一个途径，可以或许做出这么多的结果，这真黑白常了不得的。

袁岚峰：拉索实在此次公布的结果只是它一半探测期运行的效果，并且只是运行了11个月，但是它搜集到的数据亘古未有的多，比曩昔任何一个宇宙线探测器的都要多，以是它是在大量的数据当中，发觉了少量的超高能粒子的结果，公布出来了，就引起了一个惊动。以是说是它开创了超高能伽马射线天文学的期间。当它的本领升级到达一个全事情状态的时间，当时候会取得什么样的结果，固然越发令人满盈期望了。但现实上对付探测器来说，当它还没有完全运行的时间就取得紧张结果，这是常有的事。

好比说2016年发觉引力波便是如许的，发觉引力波谁人探测器叫做LIGO，激光干预干与引力波探测仪，是美国做的。现实上LIGO它已经运行很多多少年了，之前它就叫做LIGO，运行了很多多少年始终什么都没有发觉，以至于美国当局都不肯意资助它了，以是说再给你们最终一次时机，假如再不可这个项目就关了。

激光干预干与引力波天文台

但是他们本身也知道，由于根据他们盘算，便是说在这个能量标注下，在这个精度下，发觉引力波结果，盼望原来便是很小，但是他们要做一个升级，酿成高级的LIGO，把敏锐度进步10倍，效果方才升级完了之后，犹如在几天之内他们竟然就探测到一次引力波，一下就惊动了，但这个对他们来说也算料想之中，由于这个本领进步了，固然就可以发觉曩昔看不到的征象。以是刚一升级，然后连忙就，就犹如打麻将你作为新手一样，手气总是最旺的，会有如许一种觉得。

陈松战：我增补一下你说手气很旺，实在我们拉索也许是1/2阵列也许是2019年12月27号那一天运行的。也许我们看到第一个光子在2020年1月11号，我们刚运行不到半个月，我们就看到一个PV光子，以是说我们非常荣幸也非常愉快确当时。

袁岚峰：看到下一个如许的光子又过了多久？

陈松战：又过了快要有七八个月。

袁岚峰：便是说第一个和第二个之间隔断还更长，以是你们飞速的就看到了第一个。但是这个让你们大大的定了神，知道你们探测器做的是对的。

陈松战：以是说看到这个工具之后，我们就必要想尽统统方法稳健探测器不停地运行。由于这个时机实在说白了照旧一年就看到一两个，你错失了大概就错过了。

袁岚峰：是的，可以或许想象这是什么样的这么庞大的以平方公里论的探测器一年就探测到一两次。

陈松战：固然我们的宇宙线这么高能的宇宙线许多，便是光子很少。

袁岚峰：是的是的。

拉索在国际上是什么程度？

袁岚峰：拉索如今国际上是个什么程度？

陈松战：实在我们宇宙线也许在高能超高能伽马射线方面，我们适才提了一个德国的Aharonian传授，他说我们拉索是一个将来的探测器，如今运行了，明确吗？

袁岚峰：逾越期间的。

陈松战：逾越期间的，以是说在实践上我们应该是国际领先的，并且是至少在我们可以预见的范畴内10年内、20年内应该是没有人能凌驾我们。

袁岚峰：由于另外国度还没有提出一个像样的假想，比这个更高的对吧？

陈松战：对，我就简洁引用一下Aharonian传授的话怎么说呢？他说是欧洲、日本、美国团结启动一个下一代的大气切伦望远镜，他们其时说要看到，此中一个目的便是要看到100T的伽马射线天文，便是100T的伽马射线，其时他们提了一个也许是从两千零几年开始提出，也许预期2027年大概能建成如许一个探测器。其时他们说要把伽马射线探测本领推上100个TeV，相称于说他们启动试验还没建成，但是我们如今建成的时间在100TeV的超高能区的敏锐度已经是他们的10倍以上。以是说像我们这么在超高能区能提出来的现实上还没有，由于一个提出到最终建成另有几十年的时间，以是说我们应该说在可以预见的10年到20年内，我们拉索在超高能区应该是天下无敌的。

袁岚峰：是的，适才陈松战老师说的100个TeV便是10的14次方电子伏特，而如今拉索是已经可以或许做到10的15次方电子伏特。以是便是说美国提的，它是刚提出来它就已经落伍了，它还没建就已经落伍了，由于它建成它本领也只是如今拉索的非常之一，至于10的15次方意味着他们还没有假想，以是在可预见的将来，至少在他们提出一个更强的假想之前，拉索肯定是天下上探测的敏锐度最高的。

陈松战：固然他们提出试验，大概他们有一个是面向超高能区，他们另有TeV能区的，他们是一个定点观察，他们的角辨别率比我们要好一点，以是说跟我们的探测器照旧一个互补效应的。

袁岚峰：你是说它们是一个什么样的观察？跟我们是互补效应？

陈松战：他们定点观察，他们的角辨别率比力好。

袁岚峰：以是他们的探测器也是有利益的是吧？

陈松战：对，他们在TeV能区内里都要比我们要高一点。

袁岚峰：那很好，我们照旧应该各个探测器家人们都建，相互互补，这也是我想问的题目，拉索建成之后羊八井探测器另有什么用处？它也是有它善于的地方吗？

宇宙线探测，中国从互助到独立

陈松战：实在我们做AS γ 试验这天本人跟中国人有互助，如今我们实在只有小部门中国人在参加这个项目，大部门中国人在参加拉索项目，这个项目肯定是两个独立的项目，以是说不行能说拉索运行了你就要求他们不运行，只不外我们高所已经公布制止了羊八井运行，大概羊八井正在要转移数据。

袁岚峰：在宇宙天文方面科研气力怎么样？有没有外洋的门生来你们这儿进修？

陈松战：起首我们适才也讲了，进展时期我们实在做拉索这帮同事根本上从本来跟意大利人互助，研究职员转过来的，以是说我们刚开始在羊八井上重要是跟意大利的互助，现在实在我们拉索除了主体是我们国内也许有20多家国内单元，也许有3家外洋互助单元，以是肯定是有俄国人、有泰国的、另有瑞士的、另有意大利的，另有适才说Aharonian传授。

陈松战：以是我们互助单元也许外洋的有这么多，你说这个来参加的，大概也便是他们这种大概要参加我们拉索试验，如今门生由于我们语境，我们都是出的中文，以是说门生是有个体是有外国的，但是并不是太多。

杨睿智：我增补一下，陈松战老师大概不知道，实在对这个感兴趣的外国人黑白常多的，我近来就招收了两个，一个是英国的，一个是亚美尼亚的博后他们想过来，固然也会从事拉索相干的研究。但是因为疫情的缘故原由，大概如今来中国，物理上来中国并不是格外简单，据我所知，包罗拉索的参加单元，上海交大研究所那里也是有一些外国的门生，包罗他们刚招收了一个法国的传授已往，以是是这个项目在国际上影响力黑白常大的，以是想参加的人照旧非常多的。

陈松战：实在我们客岁口试了一个日本人，他来求职，来到场拉索试验，他说这么好我来求职，但是我们口试完也口试完通过了，但是忽然来了一个疫情，效果他入职不了，最终他也放弃失了。

杨睿智：对，以是实在科学研究上国际互助照旧很常见，也是很紧张的，我们也是肯定是接待如许国际互助的，但是现在疫情导致国际互助大概碰到一些停滞。

袁岚峰：谢谢你们的先容，这让我孕育发生一个觉得，根本途径说这是我们国度宇宙线探测方才开始进入领跑如许一个阶段，已经是有许多外国人这也很感谢，但是必要一个历程，信赖渐渐的外国留学的人会多起来。

陈松战：现在实在另有许多外国人他们申请参加我们拉索数据的解读阐发，实在有许多跟我们拉索人互助来做我们数据阐发的解读事情。

袁岚峰：是的，我想一个新的科学中间，它肯定是如许一个渐渐的设置装备摆设成，肯定得有一个新的探测的仪器，新的数据，新的职员进来，一步步的科学中间向那转移，这是一个天然而然的历程。非常谢谢两位老师的解读。

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作者简介：本文作者袁岚峰，中国科学技能大学化学博士，中国科学技能大学合肥微标准物质科学国度研究中间副研究员，中国科学技能大学科技流传系副主任，中国科学院科学流传研究中间副主任，科技与计谋风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技能协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，中国科普作家协会理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学流传人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（http://www.yaotansuo.com/allimgs/39tansuo/20221117/6939.png class="pgc-blockquote-abstract">

责任编辑：祝阳美国宇宙线探测器还在假想，就已经落伍中国二十年！ | 科技袁人