人類，你真能抓到我嗎

進入地球大氣層后的「宇宙線雨」示意圖。中科院高能物理研究所供圖

地球上的人類：

你們好！

我叫宇宙線，大名宇宙射線，是來自外太空的一種高能粒子。也許你從未聽說過我，也不知道我從哪裡來，又要到哪裡去。但我對你們卻並不陌生，我無時無刻不在地球上遊盪。

不必訝異這一次我主動聯繫你們。

地球上的人類喜歡仰望星空，窺探宇宙起源的奧秘，400多年前你們中有個叫伽利略的，將凸凹透鏡往星空一指，讓人類拿起瞭望遠鏡這把觀測宇宙的利器。直到1912年你們發現了我，興奮得就像抓住了探索宇宙的最後一根稻草，說我是除隕石以外，來自宇宙的唯一物質樣本。還把我稱作「銀河隕石」，是傳遞宇宙大事件的「信使」。

遺憾的是，100多年過去，你們仍沒有搞清楚我究竟來自哪裡，自然也無法推斷出宇宙及其演化過程。在這場捉迷藏的遊戲中，我的耐心幾近耗盡。

公元2017年6月上旬的一天，一聲「轟鳴」吵醒了我，似乎是你們人類挖掘機的聲音，而且不止一輛。我定睛一瞧，在東半球的四川省稻城縣，這個被你們稱作「最後香格里拉」的地方，拉起一張大網，一個名為「高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）」的裝置即將全面開工。

終於，你們又有大動作了！我有些欣慰，據說這個大裝置一旦建成，將是世界上探測「最高能量伽馬射線」的最靈敏探測器，說白了，就是最有可能「抓到」我的捕捉裝置。

鑒於這場新的捕捉遊戲才剛剛開始，我準備和你們交換一下意見，這也是我寫這封信的緣故。

你們很聰明，知道在高海拔可以遇到更多的我，就把這台裝置建在了海拔4410米的海子山。這天正趕上雨雪，加上荒蕪的高原空氣稀薄、寒風不定，你們中有人裹著大衣，還有人抱著攜帶型氧氣瓶，一起來到這裡，試著想象4年之後的大裝置建成的樣子。

人群中有一個叫曹臻的，據說是這個大裝置LHAASO的首席科學家、中科院高能物理研究所研究員。這天，站在稻城海子山的巨石中間，面對廣闊的高原，曹臻變得更加豪情滿懷：眼下這裡雖然還是花崗岩漂礫和冰蝕岩盆的地盤，但高海拔宇宙線觀測站一旦建成，將會對解開「宇宙線」起源之謎形成強有力的衝擊！

他在向我喊話！

不是我吹牛，想「抓到」我，談何容易。你們不是沒有嘗試過。

一個多世紀以來，你們人類對我的「獵捕」手段可謂無所不用其極：「上天」，用粒子探測衛星在大氣層外或大氣層頂部試著直接找到我；「入地」，在世界屋脊青藏高原之上羊八井打下大型觀測站；「下海」，在南極冰層下2400米深處安裝巨型中微子望遠鏡。

然而，我的身世依然是個「謎」，在你們人類物理學界列出的21世紀科學問題中，有關我的起源之謎排在第五位。和我有關的探索與研究已經產生了6枚諾貝爾獎牌——據說是你們人類評選的科學界最高榮譽。

你們有一位科學家在這件事上看得比較明白，他叫何會海，是這個大裝置項目的副經理、中科院高能物理研究所研究員。他就跟來訪的記者說，探索「宇宙線起源」之所以很難，在於「宇宙線」能量越高，所代表的宇宙活動就越劇烈，但數量越稀少。

換句話說，我們宇宙線的數量和能量成反比，粒子能量每上升10倍，粒子數量就會下降1000倍，所以我的同胞最終能到達地球的少之又少。

有人打過一個比方，每過一分鐘，才約有一個宇宙線穿過一枚硬幣大小的面積，如此一來，人類對我們這些用肉眼看不見的「天外來客」自是渾然不覺。

其實，還有個重要原因，我們宇宙線家族，通常都是帶電的高能粒子，在飛行的過程中，不可避免地會被宇宙中無處不在的星際磁場「拽著走」，等到了你們地球，早已經失去了最初的方向信息，如此你們也就沒法反推我們來自何方。

換句話說，即便「抓到」了我們，我們也沒法供出我們的「基地」在哪兒。

好在，我的同胞中有一些另類的兄弟，一個是伽馬射線，一個是中微子，他們倆在磁場中穿行不受磁場的「拖拽」偏轉，可以指向「源」的方向。此外，一些極高能量的粒子，在宇宙磁場中的「拖拽」偏轉微小到可以忽略不計,也可以用來探尋我們的起源地。

也因此，在地面觀測中，伽馬射線、中微子、極高能粒子這三類同胞，成了你們的重點「抓捕」對象。按照曹臻的說法，目前你們人類科學家已經發現180多個「高能伽馬射線源」，諸如超新星爆發、黑洞爆發、巨大星系之間的碰撞等，都可能是你們要找的「源」。不過，到底誰才是真正的「源」，還需要繼續尋找證據。

這也是為何你們不惜花費10多億元人民幣，來布下LHAASO這張大網的主要原因。

——你們把LHAASO建在高山之上，希望充分利用大氣作為探測介質和在地面進行觀測的手段，擴大探測器規模，提高靈敏度。據說，美國一個探測裝置工作一段時間后，從海拔2700米移師4100米的高山站址，藉此將靈敏度提高十幾倍。

——你們把LHAASO建得足夠大，甚至將建成世界上最大規模的同類裝置，則是因為你們篤定「觀測面積越大」，「抓到」我們的可能性也就越大。

按照你們的設想，組成LHAASO大裝置的四類靈敏度極高的探測器陣列——5195個電磁粒子探測器「小方塊」， 1171個繆子探測器「大鼓包」，有兩個半北京「水立方」那麼大的「水池」水切倫科夫探測器，以及12台「千里眼」廣角切倫科夫望遠鏡——將散布在稻城縣海子山方圓1.36平方公里的範圍內。

屆時，整個大裝置如同在高原上拉起一張大網，形成對我最大範圍的「捕捉」能力。

那個叫何會海的科學家描述了一個「下雨」的場景：我們這些宇宙線粒子進入大氣層后，會「擊中」大氣中的原子核，產生上百億個次級粒子——就像一場粒子「陣雨」，瞬間降落在地面上，持續時間1納秒左右。

按照何會海的說法，你們人類就是要用不同類型的地面探測器收集這些「宇宙線雨」，分析我們的方向、時間差等，反推原初粒子的性質，開展相關物理研究。

當然，用來「接雨水」的裝置自然是越大越好。按照曹臻的說法，探測陣列只需布局到一定大小就可以開始觀測，到2018年年底，僅建成四分之一的LHAASO已經是你們人類最大的同類宇宙線觀測陣列。

到2021年建成之時，這個LHAASO大裝置還將佔有「三個世界之最」：具有最高的高能伽馬射線探測靈敏度、能開展最靈敏的甚高能伽馬射線巡天探測、具有最寬廣的宇宙線能量測量範圍。曹臻還有一個基本判斷，即這個大裝置在「最高能區的最高靈敏度」的領先地位，未來一二十年內可能都不會有人超越。

那時，也許你們人類可以聯合起來，LHAASO加上現有的國際三大宇宙線研究中心——位於南美的3000平方公里的極高宇宙線AUGER實驗，南極的立方公里中微子ICECUBE實驗，歐洲的伽馬天文定點觀測CTA裝置，一起合作對我實行「圍追堵截」。

當然，眼下這裡還只是散落著數米寬巨石的曠野，以及流淌而過的清澈小河。我有些疑問，也有些期待：幾年後，你們真的能在這裡「抓到」我嗎？

著急等待中的宇宙線

2017年6月