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开启“超高能伽马天文学”时代 ?西南交大技术填补国际空白

来源: 中国网 | 作者: 王李科 | 时间: 2021-05-18 | 责编: 闫景臻

中国网5月18日讯 (王李科)位于四川稻城县的国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站(LHAASO)”在银河系内发现大量超高能宇宙加速器,并记录到最高1.4拍电子伏伽马光子(拍=千万亿),这是人类观测到的最高能量光子,改变了人类对银河系的传统认知,开启“超高能伽马天文学”的时代。这些发现已于5月17日发表在《自然》(《Nature》)杂志上。记者从西南交通大学了解到,该校共有20多人参与LHAASO国际合作组,是除中科院高能物理研究所外参与人数最多的单位。西南交大刘四明教授是LHAASO成果发表委员会的主席,积极组织成果的讨论和文章的发表。

西南交通大学从1989年开始就参与西藏羊八井宇宙线观测实验,是LHAASO项目建设的核心单位之一。该校承担了WFCTA激光标定和大气监测系统的建设任务,完成了3套激光标定系统的远程控制运行设计,编写并不断完善值班人员远程运行该系统手册。该系统于2020年10月份成功运行,实现了对LHAASO-WFCTA的绝对标定和大气监测,填补了国际上在海拔4400米运用激光光束标定宇宙线探测器的空白。

 谈及何为标定?据该校相关负责人介绍,高能宇宙线(原初粒子)穿过大气时,会与空气相互作用产生各种次级粒子,即由一个原初粒子变成一簇粒子。这一簇粒子中的高能带电粒子超过空气介质中的光速时,就产生切伦科夫光。更高能量的粒子会激发空气中的氮气分子,氮气分子退激后辐射出荧光。这些切伦科夫光或者荧光会被望远镜阵列收集并记录下来。而怎么确定望远镜到底收集了簇射中的多少光信号呢?这就需要LHAASO国际合作组用能量已知波长一定的激束确定单台望远镜探测器对光的真实探测效率。这就是标定。结合实验观测数据和模拟,推断出原初粒子的种类、能量、入射方向等信息。原初粒子诱发的簇射粒子中,部分缪子穿透土层被LHAASO国际合作组的谬子探测器捕捉到;部分带电粒子被LHAASO国际合作组的电磁粒子探测器记录。这两种探测器是本次LHAASO项目重要成果的记录者,西南交通大学参与了其中的设计研制、安装运行、性能测试等工作。而且LHAASO缪子探测器的负责人也毕业于西南交通大学。

 同时,西南交大还参与了WFCTA的运行工作。WFCTA需要在晴朗的无月亮的夜晚运行,每天夜间值班运行的队伍中有一半师生来自西南交通大学。西南交大的参与,使得WFCTA积累了2个观测季节宝贵的宇宙线观测数据。

 雷暴是高海拔区域常见的一种天气现象,雷暴期间还常伴随灾害性的闪电、大风和暴雨等。西南交大负责LHAASO观测站大气电场仪的安装与运行,通过雷暴天气的监测,对雷电活动进行预警,为LHAASO实验的安全建设和正常运行提供保障。进入大气层的宇宙线次级带电粒子在穿过雷暴云的过程中,受到雷暴电场的加速或减速作用,到达探测器时其能量、时间和位置等信息将发生改变。宇宙线与雷暴活动的关联就成了宇宙线物理与大气物理交叉学科中的研究热点。依托LHAASO观测站,西南交大通过模拟和数据分析,深入开展雷暴电场对宇宙线影响的研究,保障LHAASO科学成果的可靠性。该研究内容对拓展LHAASO实验的研究领域和范围也将具有积极的科学意义。