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编者按:“青年是祖国的前途、民族的希望、创新的未来。”一直以来,习近平总书记始终鼓励青年追求梦想,让青春在奋斗担当中闪闪发光。
今年是“五四”运动105周年,也是中华人民共和国成立75周年。在五四青年节到来之际,为更好展示新时代青年的奋斗与担当,本期特推出专题“奋进新时代的青年人”,通过讲述青年勇于开拓创新,在科研一线不断探索的故事;坚守平凡岗位,用辛勤劳作实现人生价值的故事;扎根基层,把青春汗水挥洒在民族复兴征程中的故事……以更好激励广大青年在实现中华民族伟大复兴的时代洪流中踔厉奋发、勇毅前进。
宇宙线是什么?
它以光速行进,每秒钟都在穿越我们的身体。
绝大多数宇宙线会在星际磁场中偏转,到达地球时失去最初的方向信息,因此无法反推其“源”的方向。这一“世纪之谜”在2014年被国际物理学界列为“新世纪11个科学问题”之一。
在海拔4410米的四川海子山,中国科学家追着宇宙线而来,从原始无人区到“科研无人区”,高海拔宇宙线观测站研制团队建造了一个工程奇迹——“高海拔宇宙线观测站”(lhaaso,简称“拉索”),它占地面积约1.36平方公里,相当于190个足球场大小。
“拉索”的运行,刷新了人类探测得到的最高能量光子纪录,开启了“超高能伽马天文学时代”。国际公认,至少未来十年的高能伽马射线天文学研究属于中国的“拉索”。
急迫
如果用一个词来形容“拉索”首席科学家、项目经理曹臻当初提出“拉索”构想时的心情,那么“急迫”这个词再贴切不过。
那是在2009年的北京香山科学会议上,欧洲在三年前就提出了同领域另一种方式的观测计划,打算建设一个100台望远镜的阵列。
中国科学家的这种急迫,始于更早时。1954年,在海拔3180米的云南落雪山,建立了我国第一个高山宇宙线实验室。1989年至2000年,在海拔4300米的西藏羊八井相继启动了中日合作、中意合作宇宙线探测实验。
高山见证了中国科学家一次次对宇宙线的追逐。但历史有其自身规律,那时候中国的“研究与开发”总投入无法与当下同日而语,工业体系也不如现在完备。就连当时国际上最具代表性的羊八井宇宙线观测站,也只是一个小于2万平方米的单一探测器。
直到2009年,机会来了——“拉索”构想激发了学界的共鸣。
在申请立项的同时,选址工作也在同步进行。高海拔地区对于宇宙线的观测得天独厚,能够捕捉到最多粒子,而全世界在海拔4000米有基础设施条件的地方本就不多,一是青藏高原,二是南美的安第斯山脉。“拉索”团队在五年里跑遍了西藏、青海、云南、四川等地。
曹臻第一次到四川海子山踏勘时就遇到了狼,“它就在山头上蹲着,几乎每个夜晚都能听见狼叫声”。
明明是苦寒之地,四川海子山为何被科学家相中?曹臻说:“交通便利,距最近的国道仅百米之遥,距稻城亚丁机场10公里。光纤网距站址200米,确保了海量数据的收集和传输。地势平坦,最大落差处仅30米,便于探测器阵列的布局与安装。还有着丰富的优质水源。”
2015年最后一天,辞旧迎新之际,“拉索”获国家发展改革委批复立项。这偶然地契合了几年后“超高能伽马天文学”序幕的开启。
奇迹
建设“拉索”期间最多时有600多个工人同场作业,这让国外天文学界颇为吃惊。毋庸置疑,“拉索”本身就已是一个工程上的奇迹。它由三大阵列组成,若从高空俯瞰,它像是一枚外圆内方的铜钱。
行走在这三个阵列之间,既感叹这一科学装置之“大”,更感佩中国科学家为探究前沿科学问题的投入之“深”。
一脸黝黑的“拉索”项目副经理兼总工艺师、中国科学院高能所研究员何会海,身着一件蓝马甲,背上写着“4410米”。这像是一种无声的提醒,在海拔4410米处,说话是体力劳动,跑跳是危险行为,就连一呼一吸甚至也成为被关注的事情。
科研人员都拼了。“有同事一年在山上待了300多天,因为要盯现场。后来只能硬性规定一次上山绝不许超过两个月。我们每个人都有一个箱子,随时准备出差,抬起脚说走就能走。”何会海说。“拉索”的零部件都是非标产品,作为总工艺师,何会海几乎跑遍了中标的70个厂家,行程最紧时曾经20天出了12趟差。
“无论有多大的困难,都要去克服……克服就是要去做这个做不了的事情。”在海子山上,有一块木牌写着这样的话。曹臻回忆,当时在铺设缪子探测器时,山顶上也布局了几个,但由于施工太困难,一开始放弃了,后来发现这对观测有很大影响,于是提出“再困难也要干”。
因为海子山冬季太冷,无法进行基建施工,于是设备安装就被安排在了冬季。“这里的最低温度是零下35摄氏度,我在咬牙坚持的时候,看看旁边的同事,他也在咬牙坚持。于是,我们继续咬牙坚持。”中国科学院高能所副研究员刘成说,至今留存在他心底的并不是工作多么辛苦,而是那漫天飞舞的雪花。
突破
一个大科学装置的建设,往往会带来诸多技术突破,甚至是跨越。
就拿水切伦科夫探测器阵列来说,“原本世界上只有一家公司能生产这一设备,我国北方夜视公司与中国科学院高能所合作将其国产化,并将时间响应提高了三倍,在世界上属于首创。”中科院高能所研究员陈明君说。
记得《爱丽丝梦游仙境》里的兔子先生吗?它浑身挂满了表,任意时刻可以同时出现在多个地方。“‘拉索’阵列有上万个单元,相当于有上万块表,我们在世界上首次将‘对表’精度控制在了0.2纳秒,这样可以精确地计算宇宙线入射方向。”何会海说。
18台蓝色望远镜,是高原上的一抹亮色。即使在有月亮(甚至是满月)的晚上,它们也能如常观测,突破了传统切伦科夫望远镜无法在月夜工作的“短板”,实现有效观测时间的成倍增长。
2460公里,这是从海子山到地处北京的中国科学院高能所的距离。建在海子山上的数据中心竟然可以做到“无人值守”,而且科研人员采用特殊的数据筛选技术,对海量数据进行无损压缩,实现了跨越2460公里的数据实时传输。“早些年在西藏羊八井时,我们的数据传输主要靠邮寄磁带,三个月寄一次。现在‘拉索’不仅可以实时传输,还能远程在线维护。”何会海说。
宇宙
“我现在的心情很兴奋,因为出了这么多突破性成果。”曹臻说,相比提出“拉索”构想时的“急迫”,现在的他更加“从容”。而当时欧洲计划做一个100台望远镜的阵列,至今只造了一台望远镜。
“拉索”打开了观测宇宙最高能量的一扇窗,国际天体物理会议现在逢会必谈“拉索”。
天文学上,当探测器灵敏度上升到一个新高度,人们会看到一个新宇宙,这是可期的。但它具体什么样子,是不可期的。
“我们的文明是最古老的文明之一,但现在的宇宙观没有中国人的贡献。只有做出世界一流的科学成果,关于宇宙的构成和解释,我们才有话语权。我们是‘拉索’的建造人,因此是最懂‘拉索’的人,理应做出最好的成果。这群追宇宙线的人说。