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这项填补国际空白的技术有助于解开宇宙射线起源的谜团


时间:2021-06-01  来源:  作者:  点击次数:


5月17日,位于四川省甘孜州稻城县海拔4410米的海子山上的世界上最大的高空宇宙线观测装置LHAASO发布了最新发现结果。西南交通大学团队承担的广角切伦科夫望远镜阵列(WFCTA)激光校准和大气监测系统为LHAASO的运行提供了保障。

西南交通大学朱副教授作为LHAASO项目建设的核心单位之一,负责LHAASO望远镜的标定以及大气监测系统的建设、运行和远程控制。激光定标系统于去年10月成功运行,实现了高空宇宙线观测站项目广角切伦科夫望远镜阵列的绝对定标和大气监测,填补了4410米高空用激光束定标宇宙线探测器的国际空白。

什么是校准?

“高能宇宙射线(一次粒子)通过大气层时,会与空气相互作用产生各种二次粒子,即从一次粒子到一簇粒子。当这个团簇中的高能带电粒子在空气介质中超过光速时,就会产生切伦科夫光。能量较高的粒子会激发空气中的氮分子,氮分子去激发后会发出荧光。这些切伦科夫光或荧光将被望远镜阵列收集并记录下来。”西南交通大学物理学院助理研究员、激光定标系统开发团队成员陈龙表示,要想确定望远镜采集到多少簇光信号,需要确定单个望远镜探测器在已知能量和一定波长的激光束下的真实探测效率,这就是所谓的定标。

WFCTA需要在晴朗的夜晚运行。目前WFCTA已经积累了两个观测季的宇宙线观测数据。“之所以在夜间运行,是因为广角切伦科夫望远镜是一种灵敏的探测器,只能探测非常微弱的光(切伦科夫光或荧光),所以必须在夜间观测。如果晚上月亮的亮度在望远镜的视野范围内太强,就必须改变望远镜的阈值进行观察。”陈龙说道。

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教授表示,由西南交通大学设计、开发、安装、运行和测试的探测器和电磁粒子探测器,也是此次LHAASO项目重要成果的“记录仪”。“在原粒子诱发的阵雨粒子中,部分蝎子穿透了土层,被我们的蝎子探测器捕获;我们的电磁粒子探测器记录了一些带电粒子。”他说。

雷暴是高海拔地区常见的天气现象,经常伴随着灾难性的雷电、大风和暴雨。西南交通大学安装并运行了观测站的大气电场仪,通过监测雷暴天气对雷电活动进行预警。“大气电场仪可以探测大气中的电场强度,在雷电天气中发挥很大作用。我们可以利用大气电场仪探测到的数据来分析宇宙射线与雷暴活动的关系。”西南交通大学团队成员周训秀教授介绍,宇宙线与雷暴活动的关系是宇宙线物理和大气物理交叉领域的研究热点之一。

西南交通大学依托LHASAO天文台,通过模拟和数据分析,对大气环境对宇宙线的影响进行了深入研究,这一研究内容对于今后扩大LHASAO实验的研究领域和范围也将具有积极的科学意义。


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