捕获迄今最高能量光子！交大再立新功！

一束“看不见的光”

竟能将一颗篮球从地上拍到篮筐上

一粒小到看不见的光子

竟能烧穿纸张

与一束激光的威力相当

近日，一项科研研究成果在北京公布

并在《Nature》（《自然》）发表

震动世界

开启了“超高能伽马天文学”的新纪元

而这项成果的核心

就是开头提到的那粒光子

5月17日，中国科学院高能物理研究所和Springer Nature举行联合发布会，国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站（LHAASO）”在银河系内发现大量超高能宇宙加速器，并记录到来自于天鹅座能量达1.4拍电子伏的伽马光子（拍=千万亿），这是人类观测到的最高能量光子，突破了人类对银河系粒子加速的传统认知，开启了 “超高能伽马天文学”的时代，这些发现于当日发表在《Nature》（自然）。

大科学装置项目离不开国内及国际多个单位的合作。西南交通大学作为核心合作单位之一，有20多位师生加入合作组，是除中科院高能物理研究所外参与人数最多的单位。西南交通大学粒子天体物理团队负责人刘四明教授是LHAASO成果发表委员会的主席，积极组织成果的讨论和文章的发表（https://iap.swjtu.edu.cn/）。

▲LHAASO项目首席科学家曹臻教授对西南交通大学等合作组介绍

在发布会现场，LHAASO项目首席科学家曹臻教授介绍了相关成果。基于已经建成的1/2规模探测装置，利用2020年 11个月的观测数据，科学家发现最高能量的光子来自天鹅座内非常活跃的恒星形成区，还发现了12个稳定伽马射线源，光子能量一直延伸到1 拍电子伏附近，这是位于LHAASO视场内最明亮的一批银河系伽马射线源，测到的伽马光子信号高于背景7倍标准偏差以上，源的位置测量精度优于0.3°。

▲西南交通大学粒子天体物理团队负责人刘四明教授答记者问

西南交通大学是国内宇宙线研究领域的重要科研单位之一，从上世纪80年代就参与西藏羊八井宇宙线观测实验，在宇宙线实验观测、数据处理和物理分析方面积累了丰富的经验，也一直致力于推动 LHAASO 项目的立项与建设。目前成立了粒子天体物理实验室，刘四明教授担任团队负责人。在本次发布会现场，刘四明教授作为特邀专家出席了回答记者问。刘四明教授是LHAASO成果发表委员会的主席，将会带领团队在LHAASO的宇宙线物理分析、伽马天文、宇宙线交叉前沿研究方面深入研究，显著提升学校在该领域的国内外学术地位和影响力。他在太阳和等离子天体物理方面的专长，也使得学校在天体物理领域进一步拓展成为可能。

项目中的交大力量

参与设计研制的谬子探测器、粒子探测器作为重要“记录者”

▲物理科学与技术学院副院长、粒子天体物理团队成员贾焕玉教授介绍LHAASO项目详细信息

西南交通大学物理科学与技术学院副院长、西南交通大学粒子天体物理团队成员贾焕玉教授介绍，由西南交通大学参与设计研制、安装运行、性能测试等工作的谬子探测器、粒子探测器也是本次LHAASO项目重要成果的“记录者”。

由5195个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器组成的一平方公里地面簇射粒子阵列（简称KM2A）、78000平方米水切伦科夫探测器、18台广角切伦科夫望远镜交错排布组成复合阵列，采用四种探测技术全方位、多变量测量宇宙线。

“在原初粒子诱发的簇射粒子中，部分电磁缪子穿透土层被我们的谬子探测器捕捉到；部分带电粒子被我们的电磁粒子探测器记录。”

建设WFCTA激光标定和大气监测系统

据介绍，西南交通大学承担了广角切伦科夫/荧光望远镜阵列（WFCTA）激光标定和大气监测系统的建设任务，完成了3套激光标定系统的远程控制运行设计，编写并不断完善值班人员远程运行该系统手册。

▲18台切伦科夫望远镜阵列

该激光标定系统于去年10月份成功运行，实现了对高海拔宇宙线观测站工程广角切伦科夫望远镜阵列的绝对标定和大气监测，填补了国际上在海拔4410米运用激光光束标定宇宙线探测器的空白。那么何为标定？

“高能宇宙线（原初粒子）穿过大气时，会与空气相互作用产生各种次级粒子，即由一个原初粒子变成一簇粒子。这一簇粒子中的高能带电粒子超过空气介质中的光速时，就产生切伦科夫光。更高能量的粒子会激发空气中的氮气分子，氮气分子退激后辐射出荧光。这些切伦科夫光或者荧光会被望远镜阵列收集并记录下来。”激光标定系统研制团队成员、西南交通大学物理学院助理研究员陈龙说，要想确定望远镜到底收集了簇射中的多少光信号，就需要我们用能量已知波长一定的激束确定单台望远镜探测器对光的真实探测效率，这就是标定。

据悉，WFCTA需要在晴朗的夜晚运行，“之所以夜晚运行是因为广角切伦科夫望远镜是一种灵敏的探测器，它只能对非常弱的光（切伦科夫光/荧光）进行探测，所以我们必须在夜晚去观测它，若是在望远镜的视场中夜晚的月亮亮度太强，还必须改变望远镜阈值才能进行观测。”陈龙说。每天夜间值班运行的队伍中有一半师生来自西南交通大学。西南交大的参与，使得WFCTA积累了两个观测季节的宝贵的宇宙线观测数据。

同时，在宇宙线的物理分析方面，学校参与了利用KM2A进行宇宙线的轻成份谱、重核能谱的研究工作，以及正在深入进行的利用深度学习技术对宇宙线的成分鉴别工作等。

▲WFCTA激光标定与大气监测负责人祝凤荣副教授于LHAASO现场接受四川卫视记者的采访

西南交通大学粒子天体物理团队祝凤荣副教授作为项目负责人，承担了LHAASO望远镜的标定和大气监测系统的建设、运行及远程控制。

研究大气环境为LHAASO正常运行提供保障

除此之外，雷暴是LHAASO所在的高海拔区域常见的一种天气现象，雷暴期间还常伴随灾害性的闪电、大风和暴雨等。西南交大安装和运行了观测站的大气电场仪。

相关负责人介绍，大气电场仪能够探测大气当中电场强度，在雷电天气中发挥很大的作用，我们可以利用大气电场仪探测到的数据分析宇宙线和雷暴活动之间的关联。。由此，宇宙线和雷暴活动的关联是宇宙线物理与大气物理交叉学科中的研究热点之一。

据介绍，依托LHAASO观测站，西南交大通过模拟和数据分析，深入开展大气环境对宇宙线影响的研究，未来该研究内容对拓展LHAASO实验的研究领域和范围也将具有积极的科学意义。

我们的征途，是星辰大海

加油！

内容来源：物理科学与技术学院新华社

成都日报 中国科技网 锦观新闻 四川观察

内容整理：刘晴 张婉祺

本期编辑：交大新媒体中心 王琳栋 刘畅 林美妤

头图尾签设计：姜日琪 蒋硕匀

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