宇宙線觀測站仍在建設。（中國科學院高能物理研究所供圖）
●首批探測器比目前世界上最靈敏的同類裝置還要靈敏約30%，全部建成後還將高出數倍
4月26日，在甘孜州稻城縣荒涼的海子山上，對宇宙線的觀測正式啟動。當天下午，中國科學院高能物理研究所粒子天體物理中心副主任、高海拔宇宙線觀測站首席科學家曹臻在蓉宣佈，經過近2年建設，高海拔宇宙線觀測站首批探測器投入科學觀測。
為觀測研究宇宙線成立的高海拔宇宙線觀測站，其項目總投資約12億元，是由電磁粒子探測器陣列、繆子探測器陣列、水切倫科夫探測器陣列、廣角切倫科夫望遠鏡陣列等組成的巨大複合探測裝置，是我國“十二五”期間立項建設的國家重大科技基礎設施。
項目採用邊建設邊運行模式。此次投入觀測的首批探測器包括由900個探測單元組成的、靈敏面積達22500平方米的一號水切倫科夫探測器陣列，兩臺廣角切倫科夫望遠鏡，180臺電磁粒子探測器和80個繆子探測器。“簡單說，它已經比目前世界上最靈敏的同類裝置還要靈敏約30%，全部建成後更將高出數倍。”曹臻表示。
曹臻介紹，項目主體工程於2017年啟動，計劃2021年全部建成。建成後將是全球靈敏度最高、面積最大的同類宇宙線觀測站，躋身世界四大宇宙線觀測站之列。
同日，由中國科學院高能物理研究所成立的天府宇宙線研究中心亦在蓉揭牌。該研究所相關負責人介紹，作為全國最大的宇宙線研究機構，天府宇宙線研究中心選址成都天府新區，研究團隊約100人，將利用高海拔宇宙線觀測站的數據進行物理分析研究，同時對未來相關大科學裝置的研發和更高科學目標做準備。
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宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子，人類獲取太陽系外物質樣本的唯一渠道，被科學家認為是傳遞“宇宙大事件”的信使和發現“宇宙加速器”的探針。人類研究它的歷史已超百年，相關研究產生了6枚諾貝爾獎牌，但它的起源和加速機制等依然未能完全解釋。美國國家科學技術委員會將其確定為“新世紀科學研究的11個世紀謎題”之一。
我們為什麼要研究宇宙線？
如果把困擾人類的科學難題拉一張長長的清單，宇宙線一定排在最前面。研究了上百年，無數頂尖科學家前赴後繼，卻依然沒有最終答案，成為“新世紀科學研究的11個世紀謎題”之一。宇宙線究竟是啥？為何如此難解？
頭頂“全球靈敏度最高的同類宇宙線觀測站”“國家重大科技基礎設施”等耀眼光環的高海拔宇宙線觀測站，又有哪些過人之處？將發揮怎樣的作用？記者就此採訪了國內多位專家。□本報記者 熊筱偉
問題一:什麼是宇宙線？它會對人體造成傷害嗎？
●它是超新星爆發、黑洞爆發、巨大星系碰撞的產物，地球有大氣層保護，所以不用擔心對人體的影響
清華大學物理系天體物理中心教授崔偉介紹，宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子，以接近光速的速度在宇宙中運行，同時無時無刻不在從宇宙進入地球。
宇宙中為什麼會有宇宙線？“超新星爆發、黑洞爆發、巨大星系碰撞等激烈的宇宙事件，都可能產生高能粒子也就是宇宙線。”四川大學物理科學與技術學院研究人員介紹，目前相關機制還沒有完全弄清，但“簡單來說，就像你撕一張紙，也會濺出一些微小到難以察覺的‘碎屑’。”
宇宙線會對人體造成傷害嗎？中國科學院高能物理研究所粒子天體物理中心副主任、高海拔宇宙線觀測站首席科學家曹臻介紹，由於地球有大氣層的保護，所以並不用擔心——高能粒子的能量在穿過大氣層的過程中，大部分都被吸收了。
但科學家也提到一個有趣的思想實驗：如果沒有大氣層會怎麼樣？“最高能量粒子打在人身上，就相當於費德勒這種頂尖網球手朝你臉上發球一樣——那當然是非常疼的。”崔偉說，這還不是我們最擔心的，畢竟最高能量粒子落到地球，每平方公里一百年也才有一個，“但低能量的粒子很多，持續打在人身上，人也會受不了。”
問題二：為什麼要持續關注研究宇宙線？它會改變我們的生活嗎？
●宇宙線裡蘊藏著回答宇宙“終極命題”的線索，作為基礎研究，更多是認知宇宙規律，並不會直接作用於生活
多位科學家提到，研究宇宙線，是為了解讀它傳遞的關於宇宙的重要科學信息。
曹臻表示，宇宙線本身就是組成宇宙天體的物質成分。從宇宙起源、天體演化，到太陽活動及地球空間環境，宇宙線裡都藏有回答這些宇宙“終極命題”的線索。
曹臻舉的例子讓人著迷——在《三體》等科幻作品中，常常提到一個概念“粒子對撞機”。它和與之相關的實驗在現實中真實存在，是人類探索世界規律最前沿的科學實驗之一。
用粒子對撞機，人類已經能夠產生高能粒子。但科學家在觀測宇宙線時驚訝地發現，宇宙線中的一些高能粒子，其能量遠遠超出人類所能達到的水平。“人類花300億美元都做不出的效果，宇宙中卻早就存在了。這麼高的能量是怎麼產生的？背後的加速原理是什麼？這都超出了人類現有知識的邊界。”
“通過觀測，我們希望能得到問題答案，從而用這種加速機制來產生更高能量的高能粒子。”曹臻介紹，目前全球最大的粒子加速器，有著長達27公里的環形隧道，“可能未來加速到同樣效果，只要一張桌子大小的面積就夠了。”
“宇宙線研究屬基礎研究，更多是認知宇宙規律，研究成果並不會直接作用於生活。”崔偉表示。
問題三：高海拔宇宙線觀測站有多厲害？它將承擔怎樣的功能？
●在主攻方向，高海拔宇宙線觀測站的水平是全球第一，有可能順藤摸瓜找到產生伽馬射線的地方
觀測宇宙線，挑戰“世紀謎題”，顯然不是易事。
首先，到達地球的宇宙線粒子少之又少；其次，有的粒子還被“汙染了”。“不少宇宙線是帶電粒子，在傳播過程中就被宇宙中的磁場偏轉了——也就是說它不是走直線，我們也就沒有辦法反推原初的方向信息，去推測它來自何方。”曹臻說。
問題雖難，但高海拔宇宙線觀測站實力也不可小覷。此前，我國在唸青唐古拉山脈腳下已建有羊八井國際宇宙線觀測站。“新觀測站靈敏度至少是羊八井國際宇宙線觀測站的56倍。”
多位科學家表示，高海拔宇宙線觀測站建成後，將和南極洲“冰立方”中微子觀測站、南美洲極高能宇宙線觀測站、歐洲伽馬天文觀測站一起，成為全球四大宇宙線觀測站。“大家是互補關係。我們主攻伽馬射線，看起來和歐洲伽馬天文觀測站類似，但他們偏低能，我們主要觀測更高能的伽馬射線。”曹臻表示，在主攻方向，高海拔宇宙線觀測站的水平是全球第一。當日投入觀測的首批探測器，就已比目前世界上最靈敏的同類裝置的靈敏度高出了約30%，“全部建成後更將高出數倍”。
崔偉介紹，伽馬射線因不帶電所以不會被宇宙中的磁場扭曲，因此有可能順藤摸瓜找到產生它們的地方。“當我們對此有更清晰的瞭解，就可能弄懂它的粒子加速機制。”
（記者 熊筱偉）
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