在世界屋脊捕捉“天外來信”

——海拔4410米，有一群青年人仰望星空，研究宇宙奧秘

呂洪魁在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試電磁粒子探測(cè)器。以上圖片均為受訪者提供

李驄（左）和同事在海子山上檢查繆子探測(cè)器電子學(xué)板。以上圖片均為受訪者提供

高海拔宇宙線觀測(cè)站“拉索”俯瞰圖。以上圖片均為受訪者提供

個(gè)頭不高，皮膚黝黑，笑的時(shí)候有些靦腆。眼前這位戴著眼鏡的小伙子，與四川省稻城縣海子山的高海拔宇宙線觀測(cè)站“拉索”（LHAASO）結(jié)緣已有12年。2012年，90后李驄剛滿21歲，尚在求學(xué)階段，因一次課題研究與“拉索”相遇，自此扎根高原?！肮こ探ㄔO(shè)時(shí)，為了安裝、調(diào)試探測(cè)器，一年中我有1/4的時(shí)間在海子山?！比缃褚殉蔀橹袊茖W(xué)院高能物理研究所副研究員的李驄說。

“拉索”是世界上海拔最高、規(guī)模最大、靈敏度最強(qiáng)的超高能伽馬射線探測(cè)裝置，位于青藏高原最大的古冰體遺跡——海子山。宇宙線是來自外太空的高能粒子，看不見、摸不著，卻每時(shí)每刻以不同角度闖入地球。因其攜帶著宇宙起源、天體演化、太陽活動(dòng)及地球空間環(huán)境等重要科學(xué)信息，也被形象地稱為“天外來信”。

“拉索”團(tuán)隊(duì)35周歲以下青年占比約為63%，他們?cè)诤Ｗ由降群蛱焱庑攀?、傳遞宇宙奧秘，實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)重大自主技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)先進(jìn)探測(cè)技術(shù)革新發(fā)展，在青春的賽道上步履不停。2024年，團(tuán)隊(duì)獲第二十八屆“中國青年五四獎(jiǎng)?wù)隆薄?/p>

建設(shè)：和首席科學(xué)家一起擰螺絲

初冬，海子山上，巖石裸露，草木枯黃。站在瞭望臺(tái)上看，“拉索”仿佛是一盤和宇宙對(duì)弈的巨大棋局。在這里，探測(cè)器既有在水里的，也有在地表上土堆中的，各式各樣的探測(cè)技術(shù)捕捉著宇宙線來此的蹤跡。

“拉索”選址，花了5年。

帶著設(shè)計(jì)方案，從西藏到青海，從云南到四川，團(tuán)隊(duì)將具備高海拔特征的區(qū)域幾乎跑遍。最終，在稻城找到了符合實(shí)驗(yàn)條件的海子山?！笆紫龋０巫銐蚋?，可以減少大氣對(duì)宇宙線測(cè)量的不利影響。其次，地勢(shì)平坦，交通便利，水資源充足，能夠滿足生產(chǎn)大量超純水的需求?！弊鳛閳F(tuán)隊(duì)中電磁粒子探測(cè)器研制組的一員，35歲的呂洪魁常年奔走在工作一線。

2015年，“拉索”獲得國家發(fā)展改革委批復(fù)立項(xiàng)。2017年，主體工程啟動(dòng)建設(shè)，建設(shè)周期4年，總投資約12億元。

按照設(shè)計(jì)方案，位于中心的7.8萬平方米的水切倫科夫探測(cè)器陣列由3120個(gè)單元探測(cè)器組成。安裝工藝過程中，不同于驗(yàn)證階段的小型實(shí)驗(yàn)，實(shí)際操作起來，定位與調(diào)平十分關(guān)鍵。一排30個(gè)探測(cè)器，中心全要調(diào)到一條激光上，這讓“拉索”團(tuán)隊(duì)水切倫科夫探測(cè)器組工程師李凱犯了難。思來想去，他決定，從安裝工藝的源頭做起，力爭(zhēng)減少調(diào)節(jié)問題。

“通過改良結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我們花了一個(gè)月時(shí)間，把探測(cè)器的工裝標(biāo)準(zhǔn)做了統(tǒng)一?！崩顒P說，那段日子，為趕工期，大伙加班加點(diǎn)，“收尾階段，電源盒的螺絲還沒擰完，團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家曹臻老師和我們一起擰螺絲?！?/p>

頂著風(fēng)雪，沿著陡坡，安裝電磁粒子探測(cè)器時(shí)，呂洪魁拿著設(shè)備，在冰磧壟上現(xiàn)場(chǎng)定位?！八槭啵卟畲?，行走都難，得彎著腰，貼著坡走才行?！眳魏榭f，確定點(diǎn)位之后，他就拴一根紅線作為標(biāo)記，首批33臺(tái)電磁粒子探測(cè)器，光定位就花了一個(gè)星期。

為解決繆子探測(cè)器安裝時(shí)信號(hào)較弱的問題，李驄總是白天上山安裝調(diào)試，晚上回去分析數(shù)據(jù)。反復(fù)測(cè)量探測(cè)器內(nèi)袋材料反射率和水質(zhì)，終于發(fā)現(xiàn)問題所在。緊接著，改進(jìn)工藝，重新測(cè)試，歷經(jīng)大半年，繆子探測(cè)器的信號(hào)問題才得以解決。

從水切倫科夫探測(cè)器陣列建成，到電磁粒子探測(cè)器完成安裝，再到繆子探測(cè)器完成調(diào)試，在科研人員夜以繼日的奮斗下，一座大科學(xué)裝置拔地而起。

堅(jiān)守：用一半的氧氣干雙倍的活

“先坐飛機(jī)到成都，再轉(zhuǎn)機(jī)到稻城，最后坐車上山。一到就頭暈，睡不著覺，吃不下飯，難受了好幾天?！钡谝淮紊仙綍r(shí)的場(chǎng)景，李凱至今記憶猶新。

1991年出生的李凱是山西人，那一回，是他頭一次上青藏高原。高寒、缺氧、頭暈，種種不適撲面而來。在高海拔地區(qū)進(jìn)行水切倫科夫探測(cè)器安裝是個(gè)體力活兒，稍一劇烈活動(dòng)，就會(huì)喘不上氣。

扛過了多少個(gè)零下30攝氏度的夜晚，李凱也數(shù)不清了，“最難熬的還是全黑的安裝環(huán)境，打著探照燈干活，一忙就是一整天。有時(shí)從池子出來后，我都分不清是白天還是夜晚。”

原來，“拉索”作為我國第三代高山宇宙線實(shí)驗(yàn)室，由5216個(gè)電磁粒子探測(cè)器和1188個(gè)繆子探測(cè)器構(gòu)成的1平方公里地面簇射粒子探測(cè)器陣列、7.8萬平方米的水切倫科夫探測(cè)器陣列、18臺(tái)廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡等三大陣列組成。建設(shè)水切倫科夫探測(cè)器陣列時(shí)，3個(gè)水池共7萬多平方米，有35萬噸純水，足有4.5米深，金屬結(jié)構(gòu)的屋頂罩住整個(gè)水池，建設(shè)期間幾乎處于完全黑暗的環(huán)境。

劃著小船，進(jìn)入探測(cè)器內(nèi)部，越往里走，體溫越低，縱目所及，除了手電筒射出的光亮，便是無盡的黑暗?！斑@里水溫很低，接近0攝氏度，濕度超過90%?！崩顒P熟練地拉開繩索，邊劃船邊說。設(shè)備硬件安裝好后，每年他都要上山兩次，對(duì)水切倫科夫探測(cè)器進(jìn)行維護(hù)檢修。

面對(duì)種種困難，談及為何能夠堅(jiān)持，李凱說：“時(shí)間一長(zhǎng)，就適應(yīng)了。再說了，我還有這么多志同道合的小伙伴一起呢！”

學(xué)生時(shí)代的一次課題研究，讓李驄與“拉索”相遇?！爱?dāng)時(shí)我研究的是光信號(hào)在超純水中的衰減長(zhǎng)度，這也是繆子探測(cè)器研制過程中的一個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)?！崩铗嫽貞洠瑥脑O(shè)計(jì)到驗(yàn)證，一鉆研進(jìn)去，就是3年。實(shí)驗(yàn)室里的研究結(jié)果，還得搬到海子山上實(shí)踐。

高原氣候，極其嚴(yán)酷。“經(jīng)常外邊下雪，我們?cè)趲づ窭镒鰧?shí)驗(yàn)，有時(shí)帳篷被風(fēng)刮跑，就追著找回來?！崩铗嬚f，“我們是要用一半的氧氣干雙倍的活?！泵慨?dāng)覺得辛苦的時(shí)候，想想前輩們的堅(jiān)守，大伙又能滿血復(fù)活。

科研：探索的過程是一種享受

為了充分利用觀測(cè)資源，“拉索”團(tuán)隊(duì)的思路是“邊建設(shè)，邊運(yùn)行”。第一年，先建1/4，運(yùn)行半年，再建1/4，湊成1/2，再運(yùn)行半年。

令人驚喜的是，2020年，剛剛建成一半的“拉索”就迎來了第一個(gè)重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)?！袄鳌痹阢y河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量超高能宇宙加速器，并記錄到1.4拍（1拍等于千萬億）電子伏的伽馬光子，這是人類觀測(cè)到的最高能量光子。

此后，成果接連涌現(xiàn)。

今年2月，“拉索”團(tuán)隊(duì)再傳重大發(fā)現(xiàn)：在距離地球5000光年左右的天鵝座恒星形成區(qū)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)巨型超高能伽馬射線泡狀結(jié)構(gòu)，是歷史上首次找到能量高于1億億電子伏的宇宙線的起源天體。

“這次‘拉索’最大的發(fā)現(xiàn)是找到一個(gè)類似于大球的泡狀結(jié)構(gòu)，通過數(shù)據(jù)，我們認(rèn)為泡狀結(jié)構(gòu)的中央可能就是宇宙線起源天體?！弊鳛檠芯繀⑴c者，李驄難掩興奮。收集數(shù)據(jù)、分析信息、編程處理……工程建設(shè)完后，他便投入到了數(shù)據(jù)觀測(cè)中，馬不停蹄，“課題要是沒做完，心里就會(huì)老惦記。有時(shí)靈光一閃，找到思路，我就會(huì)趕緊編程記錄下來。”對(duì)他來說，探索的過程是一種享受。

如今，基于“拉索”數(shù)據(jù)，呂洪魁也在開展“深度學(xué)習(xí)在‘拉索’實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用”研究。早上到崗之后，首先閱讀文獻(xiàn)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析?！白罱覀兝蒙疃葘W(xué)習(xí)模型，高效地挑選出了高能宇宙線中的質(zhì)子和氦核，實(shí)現(xiàn)了更好的粒子鑒別。與傳統(tǒng)方法相比，通過深度學(xué)習(xí)進(jìn)行鑒別，準(zhǔn)確率得到了明顯提升。”呂洪魁說。

而從“拉索”成長(zhǎng)起來的李凱，則投入到了一個(gè)全新研究項(xiàng)目——高能水下中微子望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)的研制工作。在這個(gè)年輕的科研人員看來，“拉索”帶給他更多的，是一種堅(jiān)持不懈、勇于探索的精神，這段經(jīng)歷，也會(huì)激勵(lì)著他迎難而上。

曾經(jīng)，海子山上，午夜狼嚎聲響，是當(dāng)?shù)厝丝谥小斑B牦牛都不去的地方”；如今，稻城“拉索”，是目前世界上海拔最高、規(guī)模最大、靈敏度最強(qiáng)的宇宙線觀測(cè)站。“拉索”好似茫茫宇宙中的一個(gè)郵箱，一刻不停接收著天外來信，對(duì)于團(tuán)隊(duì)中這群?jiǎn)柼烨笏鞯哪贻p人來說，一個(gè)新宇宙的大門已被推開，他們肩負(fù)著開拓和創(chuàng)新的使命，創(chuàng)造出了一個(gè)又一個(gè)奇跡。