云南大學助力國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

云南大學

2023 年5 月10 日，中科院高能物理研究所主持的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）順利通過國家驗收。云南大學作為主要建設(shè)單位之一，完成了三大陣列之一的廣角切倫科夫望遠鏡（WFCTA）陣列核心部件硅光電倍增管成像探頭(相機)的研制和生產(chǎn)，為LHAASO 項目取得重大科學發(fā)現(xiàn)做出了貢獻。

宇宙線是來自宇宙空間的高能帶電粒子，從1912年發(fā)現(xiàn)至今已逾百年，其起源仍然是未解之謎。瞄準這一世紀難題，中科院高能所聯(lián)合國內(nèi)多家單位開展了多年預(yù)研，并申報了LHAASO 項目。2015 年12 月31 日獲得國家發(fā)展和改革委員會批復立項，主體工程于2017 年動工，于2021 年完成全部探測器建設(shè)，先后通過由主管部門中國科學院組織的工藝、建安、財務(wù)、設(shè)備資產(chǎn)和檔案五個專業(yè)組驗收。自探測器建成投入觀測的短短兩年間，LHAASO 已經(jīng)取得多項突破性的重大科學成果，在Nature、Science、Physical Review Letters 等國際頂級期刊發(fā)表多篇論文。已成為當前國際粒子天體物理領(lǐng)域三大實驗設(shè)施之一，對促進該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大原創(chuàng)突破、帶動前沿交叉學科發(fā)展和國際合作具有重要意義。

自2009 年起，云南大學在張力教授帶領(lǐng)下，成立了LHAASO 云南大學合作組，參與了LHAASO 項目的預(yù)研，一直承擔著WFCTA 的研究和設(shè)計工作。2015 年LHAASO 項目正式實施后，繼續(xù)負責WFCTA的相機研制工作，是國內(nèi)少數(shù)幾家承擔LHAASO 探測器研制任務(wù)的核心單位之一。WFCTA 作為LHAASO的三大主探測器之一，一共由18 臺望遠鏡組成，它利用成像方式觀測宇宙線在大氣簇射中產(chǎn)生的光信號，進而間接測量宇宙線的物理參數(shù)。如果把WFCTA 比作人眼，那么相機就是視網(wǎng)膜，是WFCTA 的核心器件。LHAASO 云南大學合作組于2018 年10 月下旬完成工程樣機制造，于2019 年6 月通過國內(nèi)專家組評審。在相機評審鑒定會上，專家組對其研制技術(shù)、工藝、質(zhì)量管理、在站運行和性能測試進行了嚴格評審。經(jīng)過評審，專家組對云南大學承擔的工作給予了高度評價。 2021 年5 月，18 臺LHAASO-WFCTA 相機全部交付并穩(wěn)定在站運行。2021 年10 月，LHAASO 通過工藝驗收，云南大學參建團隊被授予“優(yōu)秀團隊獎”，相機制造技術(shù)負責人葛茂茂獲得了項目組的“先進個人”稱號。

圖2 LHAASO 首席科學家在云南大學WFCTA 相機實驗室指導研制工作

驗收專家組在總結(jié)LHAASO 的創(chuàng)新點時指出：“首次在大視場成像切倫科夫望遠鏡中大規(guī)模使用新型硅光電管，徹底改變了這類望遠鏡不能在月夜工作的傳統(tǒng)觀測模式，實現(xiàn)了有效觀測時間的成倍增長”。

LHAASO 首席科學家曹臻研究員在工程建設(shè)總結(jié)會上說：“10 年前，我國能夠制造宇宙線探測器的單位屈指可數(shù)，現(xiàn)在又多了一家，就是云大。LHAASO 項目的實施，為我們打造了一支富有戰(zhàn)斗力的探測器研制隊伍和良好的實驗室條件，我們要保存好、發(fā)展好這支隊伍，為解決更具挑戰(zhàn)、更有成果的工作做好準備。”云南大學將繼續(xù)開展地基高能天文研究，為下一步計劃開展的國家重大科研儀器項目大型超高能伽馬源立體跟蹤觀測設(shè)備(LACT)建設(shè)繼續(xù)發(fā)揮核心作用，促進云南大學天文學一流學科的發(fā)展。

圖3 高海拔宇宙線觀測站(LHAASO)優(yōu)秀參建團隊獎狀

圖4 矗立在海拔4410 米雪域高原的WFCTA 望遠鏡

圖5 云南大學制造的WFCTA SiPM 相機