瞭望 | 曹臻：共同拓展人类知识边界

　　按：北京怀柔高能同步辐射光源（HEPS）加速器建设成功；合肥聚变堆主机关键系统综合研究设施（CRAFT）园区已经启用；稳态强磁场、500米口径球面射电望远镜（FAST）、散裂中子源等陆续建成使用……中国大科学装置建设持续推进，为全球原始创新和关键技术攻关提供更强力的支撑。

　　“拉索”建成以前，我国不掌握天体物理研究的“数据主权”，“拉索”在获得独一无二的观测数据后，为什么要成立国际合作组并把数据公开？

　　文 |《瞭望》新闻周刊记者　扈永顺 岳栋

　　在中国科学院高能物理研究所的一间办公室内，记者见到了我国高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO）首席科学家、中国科学院院士曹臻，他正在为参加芝加哥天体物理会议以及意大利伽马天文会议做准备，主办方邀请他第一个上台作报告。

　　“这些会议以前都是欧美人的天下，中国人很少能上台去作报告。”对于过去我国宇宙线研究的尴尬处境，曹臻印象深刻。2019年，他的团队曾向有宇宙线界奥林匹克运动会之称的国际宇宙线大会（ICRC）申请作报告，遭到主办方拒绝。在“拉索”发布一系列重大成果后，2023年，国际宇宙线大会邀请曹臻和他的团队作了两个重要会议报告。

　　“现在国际会议主动邀请我们作报告的太多了，‘拉索’的相关研究已经成了各种会议的重头戏。有美国同行开玩笑说，你们上去作完报告，我们都不用上台讲了。”曹臻说。

　　“拉索”的建成，让研究宇宙线的中国科学家们，站在了国际科研舞台C位。基于超高的探测灵敏度，“拉索”已取得多项突破性科学成果，包括：在银河系内发现大量超高能宇宙加速器候选天体、记录到人类观测到的最高能量光子、精确测定了标准烛光蟹状星云的超高能段亮度等等。

　　“以前我们用的大多是别人的观测数据，是‘二手货’。现在我们用‘拉索’提供的一手观测数据，新发现不断涌现。”曹臻说，这些新的观测结果，对世界宇宙线知识体系作出了来自中国的贡献。

　　此外，“拉索”庞大的数据为天体物理研究提供了巨大空间。为了更好探秘宇宙，曹臻坚持以开放的姿态欢迎各国科研团队与个人科学家加入“拉索”的相关科研中来，合作发现新的研究成果。

　　287位科学家联合署名

　　2023年6月9日，《科学》杂志“插队”刊发了一篇论文，解释“拉索”不久前发现的由一颗大质量恒星死亡瞬间产生的伽马射线暴（GRB221009A）为什么是“史上最亮”。

　　这篇论文记录了“拉索”探测到的来自伽马暴GRB221009A高达10万亿电子伏特以上的伽马光子，精细测量了其万亿电子伏特辐射随时间完整的变化行为，补齐了这颗恒星死亡瞬间的完整亮度变化曲线，并揭示了此次伽马暴历史最亮的成因。

　　3位《科学》杂志匿名审稿人看到后，惊叹该成果是“突破性的”“非凡的”“杰出的”。而这篇论文由来自多个国家的287位科学家联合署名。

　　建在四川稻城海子山上、由纯国产“拉索”探测数据发表的成果却由多国科学家署名，曹臻说，这是由“拉索”的国际合作模式决定的。

　　他向记者介绍，“拉索”采用的是国际合作组模式，在合作组的统一架构下，各国科学家各自带领团队开展研究，共享“拉索”数据资料，在取得一定研究成果后，每篇论文要经过合作组一致同意才能发表，并由“拉索”项目组集体署名。

　　目前，来自俄罗斯、法国、泰国等5个国家的28个天体物理研究机构的300多名科学家共同组成“拉索”国际合作组成员。合作组依托“拉索”观测到的庞大数据，开展粒子天体物理研究，进行宇宙学、天文学等众多领域的基础研究。

　　曹臻对前来寻求合作的个人也持开放态度。

　　到国外作报告，曹臻经常会被同行围住，“‘拉索’有没有做这个方向的研究？我能不能申请加入？”对此，曹臻表示：“只要他有好的想法，我们又没有这方面的研究，就接受他作为个人研究者使用我们的数据。如果发表了重要成果，他还会被列为文章的通讯作者。”

　　曹臻团队的研究员李哲最近刚在《科学通报》（Science Bulletin）上发表了一篇有关超新星遗迹观测的文章。“这是李哲与一位意大利青年科学家合作完成的。这位青年科学家来到中国后看到‘拉索’对超新星遗迹有很好的观测效果，提出与我们一起分析数据、开展理论研究。”曹臻说。

　　“曹臻老师站在推动全球宇宙线研究发展的角度支持国际合作。从去年开始，他提出在国际上招揽青年科学家，加入‘拉索’开展博士后研究，希望吸引更多青年科学家全身心投入到‘拉索’的数据分析探索当中。”李哲告诉记者。

　　“拉索”建成以前，我国不掌握天体物理研究的“数据主权”，通常是用他国科学家使用后的数据进行研究。“拉索”在获得独一无二的观测数据后，为什么要成立国际合作组并把数据公开？

　　这源自一名科学研究者的清醒。曹臻深知：唯有合作才能最大限度发挥“拉索”的效能，“集合科研力量，拓展科研范围，为人类获得更多科研成果。”

　　截至目前，基于“拉索”项目发表的期刊论文超过200篇，会议论文超过150篇。

曹臻在高海拔宇宙线观测站沙盘前留影（资料照片） 金立旺摄/本刊

　　“合作者把实验室搬到拉索了”

　　在“拉索”观测站的西南方位，可以看到64台热中子探测器，每台间隔5米，呈菱形阵列。“‘拉索’的吸引力，让外国科研机构把实验室都搬来了。”曹臻告诉记者。

　　回溯到2011年，当时“拉索”尚未开始建设，与中国科学院高能所有合作的俄罗斯科学院核研究所得知消息后，迅速联系曹臻团队，希望把大面积热中子探测器加入“拉索”中。

　　“热中子技术是俄罗斯掌握的一种宇宙线测量的新技术。莫斯科海拔较低，不利于热中子探测器开展实验研究，海拔4410米的海子山有着得天独厚的观测条件。增加热中子探测器观测阵列后，‘拉索’的宇宙线复合观测能力得到了增强。”曹臻说，“我们的目标是合作建设400台热中子探测器。”

　　不光将他国研究机构“请进来”，为进一步深入宇宙线研究，“拉索”团队还将“走出去”。

　　作为一个复杂的粒子集合体，宇宙线包含高能粒子、光子和中微子等多种成分。用不同的信使研究宇宙线起源是各国科学家共同努力的方向。目前，“拉索”已经能准确找到高能粒子、光子等成分，如果能再找到中微子，就可以更全面地研究宇宙线起源。

　　为了找到中微子，曹臻和他的团队将目光瞄向了俄罗斯贝加尔湖。“我们正在推动高能水下中微子望远镜项目（HUNT）建设。”曹臻介绍，该项目由明确的重大科学目标牵引，发展下一代中微子天文探测器技术，将以前所未有的灵敏度，探测银河系内部高能天体中微子点源，从而有望解决宇宙线起源的百年未解难题。

　　他表示，项目目前处在预先研究阶段，已有国内外十余家高校科研院所近70人参与，概念设计已经成形，探测器的多项关键设备和技术已经突破，并在贝加尔湖和我国南海分别进行样机试验。

　　为他国望远镜“找星星”

　　在美国宾夕法尼亚州立大学讲座教授Peter Meszaros等国际同行看来，“拉索”能发现GRB221009A，不仅由于该大质量恒星在死亡瞬间爆发出的抛射物方向正对着“拉索”，更得益于“拉索”巨大的观测面积和先进的探测技术以及观测装置的超高灵敏度。

　　作为全球粒子天体物理支柱性实验设施之一，“拉索”创造了三项“世界之最”——超高能伽马射线探测灵敏度世界最高，甚高能伽马射线源巡天普查灵敏度世界最高，超高能宇宙线能量覆盖范围世界最宽。

　　在发现GRB221009A伽马射线暴后，国际上几十个空间和地面探测器都对此伽马暴进行观测。该伽马暴为长暴，其亮度比以往最亮伽马暴还要高几十倍，过高的光子流量使得多个国际实验的探测器发生饱和而“爆表”。“拉索”凭借强大性能，成为全球唯一一个完整探测GRB221009A伽马射线暴的地面探测器，“拉索”合作组由此在全球首次精确测量了高能光子爆发的完整过程。

　　“拉索”用实力证明了自己的价值，也因此成为国际宇宙线研究界的“香饽饽”，吸引了全球众多宇宙线研究机构前来寻求合作。

　　“‘拉索’国际合作组会与一些有合作意愿的国际机构签署谅解备忘录，明确双方合作的具体内容、规则，组成联合工作组，共同开展数据分析并联合署名发表文章。”曹臻介绍，目前已有7家国外大型机构与“拉索”国际合作组签署谅解备忘录，涉及伽马天文、中微子天文等领域，“既包括马克斯·普朗克物理学研究所这样的老牌研究机构主持的MAGIC实验，也有正在建设中的欧洲切伦科夫望远镜阵列（CTA）。”

　　“拉索”能为他国其他类型的望远镜提供“指引”，帮助他们“找星星”。

　　“‘拉索’能够全天候、以很大的视场对整个北半球天空展开扫描，可以几乎无死角地寻找新的伽马射线源，这是他国望远镜做不到的。”曹臻说，在探测到新的伽马射线源后，我们告诉他们要把望远镜对准哪些位置才能看到这个源，这些望远镜就能发挥精细测量的优势开展进一步观测。“相当于我们打头阵，让别人跟着我们做研究。”

　　下一步，“拉索”还要看得更远、看得更清楚，对自己发现的“星星”展开进一步深度观测。

　　在四川省政府支持下，“拉索”规划再建设32台望远镜，使角度分辨率由0.2度提升至0.04度。曹臻介绍，“这就好比从能看见月亮上的一片片‘海’，到能看清楚一座座‘环形山’。这将助力‘拉索’突破现有研究局限，继续在宇宙线领域保持国际领先地位。”

　　“‘拉索’将成为以中国为主、多国参与的国际宇宙线研究中心，借助高海拔伽马天文、宇宙线的观测优势，成为独具特色、综合开放的科学研究平台。”对于“拉索”未来的发展，曹臻信心十足。■