這項(xiàng)填補(bǔ)國(guó)際空白的技術(shù) 助力破解宇宙線(xiàn)起源之謎
5月17日，位于四川省甘孜州稻城縣海拔4410米海子山上的世界最大高海拔宇宙射線(xiàn)觀測(cè)裝置“高海拔宇宙線(xiàn)觀測(cè)站”(LHAASO)公布了最新的發(fā)現(xiàn)成果，由西南交通大學(xué)團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的工程廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列(WFCTA)激光標(biāo)定和大氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等為L(zhǎng)HAASO的運(yùn)行提供了保障。
作為L(zhǎng)HAASO項(xiàng)目建設(shè)的核心單位之一，西南交通大學(xué)副教授祝鳳榮作為負(fù)責(zé)人承擔(dān)LHAASO望遠(yuǎn)鏡的標(biāo)定和大氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)行及遠(yuǎn)程控制。該激光標(biāo)定系統(tǒng)于去年10月份成功運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高海拔宇宙線(xiàn)觀測(cè)站工程廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列的絕對(duì)標(biāo)定和大氣監(jiān)測(cè)，填補(bǔ)了國(guó)際上在海拔4410米運(yùn)用激光光束標(biāo)定宇宙線(xiàn)探測(cè)器的空白。
何為標(biāo)定？
“高能宇宙線(xiàn)(原初粒子)穿過(guò)大氣時(shí)，會(huì)與空氣相互作用產(chǎn)生各種次級(jí)粒子，即由一個(gè)原初粒子變成一簇粒子。這一簇粒子中的高能帶電粒子超過(guò)空氣介質(zhì)中的光速時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生切倫科夫光。更高能量的粒子會(huì)激發(fā)空氣中的氮?dú)夥肿�，氮�(dú)夥肿油思ず筝椛涑鰺晒狻＿@些切倫科夫光或者熒光會(huì)被望遠(yuǎn)鏡陣列收集并記錄下來(lái)�！奔す鈽�(biāo)定系統(tǒng)研制團(tuán)隊(duì)成員、西南交通大學(xué)物理學(xué)院助理研究員陳龍說(shuō)，要想確定望遠(yuǎn)鏡到底收集了多少簇射中的光信號(hào)，就需要我們用能量已知、波長(zhǎng)一定的激束確定單臺(tái)望遠(yuǎn)鏡探測(cè)器對(duì)光的真實(shí)探測(cè)效率，這就是標(biāo)定。
WFCTA需要在晴朗的夜晚運(yùn)行。目前WFCTA已積累了2個(gè)觀測(cè)季節(jié)的宇宙線(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)。“之所以在夜晚運(yùn)行是因?yàn)閺V角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡是一種靈敏的探測(cè)器，它只能對(duì)非常弱的光(切倫科夫光或熒光)進(jìn)行探測(cè)，所以我們必須在夜晚去觀測(cè)。若是在望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)中夜晚的月亮亮度太強(qiáng)，還必須改變望遠(yuǎn)鏡閾值才能進(jìn)行觀測(cè)。”陳龍說(shuō)。
西南交通大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副院長(zhǎng)、西南交通大學(xué)粒子天體物理團(tuán)隊(duì)成員賈煥玉教授說(shuō)，由西南交通大學(xué)參與設(shè)計(jì)研制、安裝運(yùn)行、性能測(cè)試的謬子探測(cè)器、電磁粒子探測(cè)器也是本次LHAASO項(xiàng)目重要成果的“記錄者”�！霸谠趿Ｗ诱T發(fā)的簇射粒子中，部分繆子穿透土層被我們的繆子探測(cè)器捕捉到；部分帶電粒子被我們的電磁粒子探測(cè)器記錄�！彼f(shuō)。
雷暴是高海拔區(qū)域常見(jiàn)的一種天氣現(xiàn)象，雷暴期間還常伴隨災(zāi)害性的閃電、大風(fēng)和暴雨等。西南交通大學(xué)安裝和運(yùn)行了觀測(cè)站的大氣電場(chǎng)儀，通過(guò)對(duì)雷暴天氣的監(jiān)測(cè)，對(duì)雷電活動(dòng)進(jìn)行預(yù)警�！按髿怆妶�(chǎng)儀能夠探測(cè)大氣當(dāng)中電場(chǎng)強(qiáng)度，在雷電天氣中發(fā)揮很大的作用，我們可以利用大氣電場(chǎng)儀探測(cè)到的數(shù)據(jù)分析宇宙線(xiàn)和雷暴活動(dòng)之間的關(guān)聯(lián)�！眮�(lái)自西南交通大學(xué)的團(tuán)隊(duì)成員周勛秀教授介紹，宇宙線(xiàn)和雷暴活動(dòng)的關(guān)聯(lián)是宇宙線(xiàn)物理與大氣物理交叉學(xué)科中的研究熱點(diǎn)之一。
依托LHAASO觀測(cè)站，西南交大通過(guò)模擬和數(shù)據(jù)分析，深入開(kāi)展大氣環(huán)境對(duì)宇宙線(xiàn)影響的研究，未來(lái)該研究?jī)?nèi)容對(duì)拓展LHAASO實(shí)驗(yàn)的研究領(lǐng)域和范圍也將具有積極的科學(xué)意義。
李迪 陳科
