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【中国科学报】曹臻:“拉索”和超高能光子背后的那些事

发布时间:2022-01-27

来源:中国科学报 倪思洁【字号:

曹臻 科学网供图
人类首次在天鹅座区域发现能量超过千万亿电子伏特的伽马光子。中科院高能物理研究所供图
  近日,“1400万亿电子伏特,我国科学家发现迄今最高能量光子”入选由两院院士评选的2021年度中国十大科技进展新闻。这项研究成果依托高海拔宇宙线观测站(LHAASO,拉索)完成,于2021年5月17日发表于《自然》。在近日的独家访谈直播中,“拉索”首席科学家、中科院高能物理研究所研究员曹臻向《中国科学报》分享了有关超高能光子和“拉索”的诸多细节。

  《中国科学报》:超高能光子与美容技术“光子嫩肤”中的“光子”是否是同一种?

  曹臻:这两种光子本质上讲是一样的,但是用来照射皮肤的光子能量非常低,而我们发现的是超高能光子。比如,可见光就是能量比较低的光子,用它照皮肤可能不会产生伤害,但如果能量再高一点,可见光就会变成紫外光,这种光会对皮肤造成伤害,所以如果用能量高的光子照皮肤就不是嫩肤而是伤害了。假如将我们发现的一个超高能光子打到皮肤上,皮肤不会受损,但如果许许多多高能量的光子一直打在皮肤上人就会受不了。

  《中国科学报》:这种超高能光子是从哪里来的?

  曹臻:发表于《自然》的那篇文章报道了我们观察到的12个方向上的源,我们判断它基本上均匀地分布在银河系范围之内,也就是说在银河系里几乎每个地方都可能同等概率地出现一些超高能的光子源,所以我们认为,超高能光子在银河系中到处都有。但这些光子中,能量最高的来自于天鹅座这个方向。

  《中国科学报》:科学家怎么知道最高能量的光子来自天鹅座?

  曹臻:“拉索”每时每刻都在接收从天上来的信号,里面有些是光子,有些是宇宙线粒子。我们会把宇宙线事例记录下来,然后想办法把超高能光子挑选出来。这些光子跟宇宙线事例最大的差别就是,光子来自于一个确定的方向,在飞行过程中不会受磁场影响而发生偏转。我们把这些光子挑出来后,按照它们的方向对应天球坐标系,发现其来自天鹅座。

  《中国科学报》:《三体》里提到,光子是外星人比较低端的武器中的一种,那么,科学家看到的这个超高能光子有没有可能是外星人“攻击地球”的武器?

  曹臻:首先,人为产生一个高能量光子是非常困难的。我们发现,现在记录到的各种能量的光子中,能量越高的光子数量越少。少到什么程度呢?大概能量每上升10倍,光子的数目就会下降到千分之一,这说明产生一个高能量粒子比产生一个低能量粒子要困难得多。另外,地球有大气层保护,海拔低的地方大气层足够厚,会把这些粒子吸收掉。因此,要生产这么高能量的粒子并将它打过来,实际上是得不偿失的。用这种光子做武器攻击地球是一个很笨的办法,他们(外星人)绝对不会这样做。

  《中国科学报》:这个超高能光子中有没有什么异常信息?科学家为什么要找这种光子?

  曹臻:我们现在最大的困惑是它怎么产生的。因为我们在地球上建了很多很大的加速器,比如欧洲核子中心建了27公里长的管道给粒子加速,他们能加速到的最高能量只有我们看到的这个超高能光子能量的十万分之一左右。人类建了这么大的加速器,粒子的能量都上不去,那天外飞来的这个超高能光子是怎么被加速到这么高能量的呢?当然,相比于外星人的武器,我们更倾向于它是一种自然现象。因此,我们建立了各种各样的模型以理解大自然的超高能加速器是怎样工作的。

  《中国科学报》:“拉索”为什么一定要“跑”到海拔4410米的地方去追光?

  曹臻:大气层对人类来说是非常重要的保护层,可以保护我们免受高能粒子的攻击。反过来,这对我们观测很不利,所以我们要把探测器放到很高的地方去。

  《中国科学报》:您第一次去“拉索”所在地时,看到了怎样的景象?

  曹臻:我们去选址的时候,最初看好的地方并不是“拉索”如今的所在地,而是从这个地方拐弯进去,到山后面大概一公里远的地方。但我们发现,那里太潮湿,全是沼泽。从那里退出来时,我们突然发现此处干燥、平整、面积足够,就选定了现在这个地方。这里非常奇特,是冰川遗迹。冰川在运动的过程中带来了大量的漂砾,所以这里满山遍野都是大石头,只有很少的荆棘灌木,一片荒凉。但这个地方有个好处——有水,这里名叫“海子山”,有大大小小1000多个湖泊,给我留下了很深刻的印象。它离一条非常重要的旅游公路也很近,附近还有机场,交通非常便捷。

  《中国科学报》:“拉索”有没有可能向公众开放?

  曹臻:当然,这里会逐渐变成一个对公众开放的科普基地,欢迎大家来参观。我们正在规划一个观景平台,从那里可以看到“拉索”的全貌。如果公众对“拉索”真的感兴趣,也可以联系我们,深入其中,探测器旁边都有科普介绍。

  《中国科学报》:“拉索”团队的规模有多大?

  曹臻:建设期间,我们一共有十几个合作单位,大概有100多个人,年轻的研究生是主力军。通过对探测器的制作和安装,他们能了解探测器是如何工作的,更易理解探测器的哪些方面会对数据分析产生影响。

  我们还成立了来自6个国家的275人的科学合作组,其中以中国科学家居多。这是一支相当年轻的队伍,现在做工作最得力、成果产出最快的正是这些年轻人。在建设期间,他们付出了很多。我们在山上最长会待七八个月。我有一个小同事,上了一次山回来女朋友就“吹了”,但是任务来了的时候,该去他还会去。

  《中国科学报》:“拉索”现在在做些什么?您对于年轻人有怎样的建议?

  曹臻:现在“拉索”已经建成了,年轻人不用在山上长期工作,只需要偶尔上山维护一下探测器。当下,我们更重要的任务是做数据分析,潜下心来产出科学成果。对于年轻人来说,只要敢想、能够静下心去做,“拉索”一定会为他们提供机会。

(原载于《中国科学报》 2022-01-27 第3版 综合)

(责任编辑:阎芳)

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