世界屋脊上的宇宙线研究

skystar · 发表于 2007-7-19 14:39:23

羊八井宇宙线观测站位于海拔4300米的青藏高原，是北半球最高也是世界上常年观测站中海拔最高、最有活力、最有发展前景的观测站。它拥有一个优秀高山站址极为理想的条件：宽阔平坦的地形，几乎无积雪的温和气候，常年畅通的公路以及将要建成的青藏铁路，优越的后勤保障和人文环境。观测站现租用土地220亩，建有各种实验室面积达11800平方米。

　　宇宙射线是来自宇宙的高能粒子流，是自动送上门来的宇宙深处的物质样品。它联系于宇宙的历史、天体的演化、空间的环境和许多未解的科学之谜。其中最基本的一个是它的起源之谜。在地球上对原初宇宙线的探测是通过其与大气原子核相互作用产生的次级粒子群——广延大气簇射来进行的。羊八井的高海拔优势是处在广延大气簇射发展极大附近，在此可以做最精确、系统误差最小的测量。因此，羊八井宇宙线观测站旨在通过对宇宙线多能区、大统计量的观测，研究宇宙线的起源、宇宙线本身的特性以及太阳活动的变化对低能量宇宙线的影响。目前开展的实验观测工作主要有中日、中意两大国际合作实验项目。

　　1990年开始投入正式观测的中日合作ASr一期阵列，仅以很小的规模和投资，就在低阈能、高事例率和高品质指标上创下了世界纪录。经过二、三期的建设，在宇宙线日影研究、“膝区”能谱的测量和Mark-501等的观测上，取得了学科最前沿的领先成果。1995年发表在美国“Science”杂志上的《中国的科学》一文中将它与北京正负电子对撞机、合肥同步辐射加速器、托卡马克装置等一道列为中国六个“大科学”项目之一。目前，中日合作实验拥有ASr阵列闪烁探测器771个，取点采样区面积达22000平方米；BURST探测器80平方米；太阳中子探测设备有28支NM-64中子管，9平方米中子望远镜。

　　正在建设中的中意合作ARGO实验项目，是中国科学院知识创新方向性重大项目，该项目拟用四年时间在羊八井利用意大利独家发展成熟的RPC探测器建成世界上第一个大面积全覆盖的宇宙线簇射阵列，将把传统的0.3-1%的取样观测推向极致——达到90%！从而改写大气簇射探测手段的历史，实现人们认为需要花巨资在太空才能做到的事情：1）在尚未被探测的20GeV-300GeV能区发现新的r射线源（即宇宙中的粒子加速器）和r射线暴（即媒体已报导的GRB

　　

　　　　19871214那种可能有10亿个太阳能量的瞬态暴发）；2）与阿尔法磁谱仪的在太空站上开展的探索类似，用月亮和地球磁场构成一个天然大型磁谱仪，在地面长期观测宇宙线反质子流，为微观世界中是否重子对称、宇观世界是否存在反物质世界提供证据；3）用精细的宇宙线太阳阴影图监测研究太阳活动的短期变化及其对地球环境的影响，从而最终导致对地球“空间天气”的预报提供可资应用的资料。目前在新落成的1万多平方米实验厅内已安装1500平方米RPC探测器，大规模的设备安装调试正在全面展开。2005年，一个国际上高海拔最大规模的地面宇宙线观测站将出现在世界屋脊上。

　　羊八井宇宙线观测站源于中国科学工作者对西藏特殊高原地理条件科学价值的认识，并为此付出了长期的努力。1984年首次进藏就选中羊八井这一具有超级理想条件的站址，1986年即向国际宇宙线学界推出“西藏计划”；1988年与日本开展ASr合作计划，开始了基地建设，双方累计投入经费约5千万元人民币；2000年与意大利合作正式启动了ARGO实验计划，其中意方投入600万美元，科学院、科技部和国家自然基金委共投入3500万元人民币。十余年来，日本东京大学宇宙线所等13多个研究所和大学共约32人参加合作实验，近年又有大批意大利学者参加了中意合作，国内参加羊八井实验合作的学者有来自中国科学院、西藏大学、云南大学、山东大学、西南交通大学、郑州大学和香港大学等单位共49人。羊八井宇宙线观测站已经成为一个地理条件得天独厚、典型的国际合作观测站，2000年被科技部正式列为25个国家重点野外台站试点之一。2003年底，中国科学院也正式将羊八井站列入野外台站的特殊环境和灾害监测网络，并为该站的长期稳定运行投入大量经费。

　　目前，羊八井国际合作观测站定位在宇宙线物理和天体粒子物理的基础性研究上，并努力向能够对航天活动与一些灾害性事件提供预报的公益性方向发展。中国科学院正积极组织力量开展调研和规划，把羊八井观测站建成为一个以宇宙线为探针研究日地空间环境以及从事多学科交叉研究的实验平台和培养人才的基地。