高原上的探天联盟天空中的点点繁星总能引起世人无限的遐想。|在青藏高原上捕捉高能粒子高原上的探天联盟

高原上的探天联盟
天空中的点点繁星总能引起世人无限的遐想。人们想知道那些星星离我们有多远？它们为什么会发光？为此，古人修筑了许多高台，比如通天台、鹿台、章华台和孔雀台等。他们认为离天空越近，就越容易窥见星星的秘密。
后人也是遵从这种思路，不仅将天文台修建在高山上，而且直接向外太空发射了很多望远镜，去太空观看星星。要把探测天空的装置安置在高处，对中国来说最好的地方就是青藏高原。因为那里海拔5000米以上的地方比比皆是，有着得天独厚的观测条件。我国就选在了西藏的羊八井地区建立了宇宙观测站。羊八井宇宙线观测站可不是一个普通的观测站，它既没有光学望远镜可收集可见光，也没有巨大反射面的射电望远镜观测红外线和紫外线，它只观测高能宇宙射线，是一个宇宙高能粒子观测站，在世界各地的观测站中有着自己特殊的地位和作用。
羊八井宇宙线观测站位于西藏念青唐古拉山脚、海拔4310米，其气象条件很适合宇宙探测。那里吸引了多国科学研究机构前来合作交流，如我国与德国合作的亚毫米波射电望远镜是用来探测银河系的星际分子的，与日本合作的宇宙线研究项目——“中国西藏羊八井广延大气簇射阵列”则第一次观察到一个超高能伽玛射线天体。排兵布阵捕捉高能粒子
高能粒子含有的能量比光子要高得多，光学望远镜通常接收不到。它们具有一种奇怪的特性，当这种离子进入地球大气层的时候，会与大气层发生反应。

文章图片
【高原上的探天联盟天空中的点点繁星总能引起世人无限的遐想。|在青藏高原上捕捉高能粒子】广延大气簇射示意图
地球的大气层中有氧气和氮气，这里面就包含着氧原子和氮原子，它们的原子核比较坚硬，但是遇到来自宇宙深处的高能粒子时，它们就像/个土坷垃那样瞬间土崩瓦解。高能粒子就像一颗高速飞行的子弹，能立刻将它们击得粉碎，这些碎片被称为“次级粒子” 。随后，这些次级粒子会向周围散开，转而撞击更多的其他粒子。这些其他粒子在粉碎以后，还会进一步碰撞更多的粒子。这一系列的撞击会产生一种现象，就是在地球大气中出现闪光，这种闪光被称为“广延大气簇射” 。
利用这种原理，科学家就可以建造相应的探测设备，比如探测“广延大气簇射”的是切伦科夫望远镜，也可以在水池中建造一些探测器来接收这些高能粒子。而羊八井宇宙线观测站采用一些塑料闪烁体来替代大气层并接收这些粒子。这些塑料闪烁体看起来是半透明状的，受到高能粒子的击打后，会产生光电反应，从中可以观察到粒子的运动方向和能量状态，从而进一步反推判断这些粒子的性质。
单个塑料闪烁体的大小相当于一个箱子。若想指望它来捕获高能粒子，可能十几年也捕获不到一个。如果能够增加接收面积，捕获的概率就会大大增加。因此，羊八井宇宙线观测站采用了排兵布阵的方式，建立起一个庞大的塑料闪烁体单元阵列。 1990年，羊八井宇宙线观测站建成了只有5个单元的一期工程，后经多次改造，羊八井宇宙线观测站不断增加了塑料闪烁体的数量，单元阵列的占地面积也随之越来越庞大。 2014年，羊八井宇宙线观测站的闪烁体单元阵列达到了前所未有的6.5万平方米。
为了相互对照，羊八井宇宙线观测站还在地下建造了另一种原理的接收装置，这就是有效面积为4200平方米的地下缪子水切伦科夫探测器阵列，它与塑料闪烁体单元阵列组合在一起后被称为“羊八井ASy实验阵列” 。它们一个在地上，一个在地下，共同编织成一张天罗地网。它们之间有着明确的分工，地下缪子水切伦科夫探测器阵列可以判断出不属于高能粒子的成分，让塑料闪烁体阵列可以专心地接收高能量的伽马射线辐射。