清華新聞網(wǎng)5月19日電 國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高海拔宇宙線(xiàn)觀(guān)測(cè)站（LHAASO）”在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量超高能宇宙加速器，并記錄到最高1.4拍電子伏伽馬光子（拍等于千萬(wàn)億），這是人類(lèi)觀(guān)測(cè)到的最高能量光子，改變了人類(lèi)對(duì)銀河系的傳統(tǒng)認(rèn)知，開(kāi)啟“超高能伽馬天文學(xué)”時(shí)代。LHAASO是由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所牽頭的國(guó)際合作實(shí)驗(yàn)，清華大學(xué)是其中重要的成員，承擔(dān)了實(shí)驗(yàn)高精度同步時(shí)鐘系統(tǒng)的研究建設(shè)任務(wù)。
高海拔宇宙線(xiàn)觀(guān)測(cè)站（LHAASO）是以宇宙線(xiàn)觀(guān)測(cè)研究為核心的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，位于四川省稻城縣海拔4410米的海子山，占地面積約1.36平方公里，采用四種復(fù)合探測(cè)技術(shù)進(jìn)行全方位、多變量地宇宙線(xiàn)測(cè)量，包括：5195個(gè)ED電磁粒子探測(cè)器和1188個(gè)MD繆子探測(cè)器組成的一平方公里地面簇射粒子陣列（簡(jiǎn)稱(chēng)KM2A）、78000平方米水切倫科夫探測(cè)器、18臺(tái)廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡交錯(cuò)排布組成的復(fù)合陣列。
LHAASO實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將宇宙線(xiàn)伽馬能譜進(jìn)一步推進(jìn)到拍電子伏能段
該觀(guān)測(cè)站的3/4已經(jīng)進(jìn)入物理運(yùn)行狀態(tài)，將于2021年8月份完成全部陣列運(yùn)行，成為國(guó)際領(lǐng)先的超高能伽馬探測(cè)裝置，投入長(zhǎng)期運(yùn)行，從多個(gè)方面展開(kāi)宇宙線(xiàn)起源的探索性研究。本次報(bào)道的成果是基于已經(jīng)建成的1/2規(guī)模探測(cè)裝置在2020年內(nèi)11個(gè)月的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了12個(gè)穩(wěn)定的銀河系超高能伽馬射線(xiàn)源，光子能量一直延伸到1拍電子伏附近，伽馬光子信號(hào)高于背景7倍標(biāo)準(zhǔn)偏差以上，源的位置測(cè)量精度優(yōu)于0.3°，這表明銀河系內(nèi)遍布拍電子伏加速器。
由多種復(fù)合探測(cè)器陣列構(gòu)成的LHAASO觀(guān)測(cè)站
現(xiàn)有理論預(yù)言銀河系內(nèi)的宇宙線(xiàn)加速器存在能量極限，河內(nèi)伽馬射線(xiàn)能譜在0.1拍電子伏附近會(huì)有“截?cái)唷爆F(xiàn)象，LHAASO的結(jié)果完全突破了這個(gè)“極限”，開(kāi)啟了“超高能伽馬天文”觀(guān)測(cè)時(shí)代，表明年輕的大質(zhì)量星團(tuán)、超新星遺跡、脈沖星風(fēng)云等是銀河系內(nèi)加速超高能宇宙線(xiàn)的最佳候選天體，有助于破解宇宙線(xiàn)起源這個(gè)“世紀(jì)之謎”。
LHAASO的結(jié)果將推動(dòng)科學(xué)家們重新認(rèn)識(shí)銀河系高能粒子的產(chǎn)生、傳播機(jī)制，進(jìn)一步研究極端天體現(xiàn)象及其相關(guān)的物理過(guò)程，并在極端條件下檢驗(yàn)基本物理規(guī)律。
LHAASO實(shí)驗(yàn)在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)了多個(gè)拍電子伏加速器，突破當(dāng)前的理論預(yù)測(cè)
在實(shí)驗(yàn)高精度同步時(shí)鐘系統(tǒng)的研究建設(shè)方面，清華大學(xué)承擔(dān)了重要任務(wù)，采用White Rabbit以太網(wǎng)同步技術(shù)，為野外高海拔環(huán)境下分布在1.3平方公里范圍內(nèi)的幾千個(gè)探測(cè)器提供了亞納秒級(jí)的同步時(shí)鐘，并在同一光纖鏈路上完成物理數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)控，自動(dòng)完成鏈路長(zhǎng)度校正、溫度變化補(bǔ)償。
課題組提升了WR技術(shù)針對(duì)高海拔應(yīng)用的環(huán)境適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)了定時(shí)機(jī)制和探測(cè)器處理邏輯的集成化，完成了批量專(zhuān)用WR定時(shí)設(shè)備的研發(fā)制造和安裝調(diào)試。LHAASO實(shí)驗(yàn)的定時(shí)系統(tǒng)是目前全世界部署運(yùn)行的規(guī)模最大的WR定時(shí)網(wǎng)絡(luò)。
清華大學(xué)工程物理系負(fù)責(zé)的高精度網(wǎng)絡(luò)同步系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備
該分布式高精度同步技術(shù)把現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)的指標(biāo)提高一個(gè)量級(jí)，比GPS提高了1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，能夠?qū)崿F(xiàn)從幾米到幾十公里范圍內(nèi)的時(shí)間同步，頻率同步和相位同步，支持上萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)，并解決大范圍溫度變化環(huán)境下鏈路延時(shí)的自動(dòng)補(bǔ)償和校準(zhǔn)，能廣泛應(yīng)用于分布式網(wǎng)絡(luò)測(cè)控、工業(yè)自動(dòng)化控制、分布式基站和遠(yuǎn)端射頻系統(tǒng)、電力電網(wǎng)同步、自適應(yīng)陣列天線(xiàn)、多基地雷達(dá)、室內(nèi)定位等多種場(chǎng)合。該大范圍遠(yuǎn)距離時(shí)間同步技術(shù)和在特殊氣象條件下系統(tǒng)可靠性研究對(duì)于野外科學(xué)實(shí)驗(yàn)或海洋、陸地勘測(cè)等項(xiàng)目也具有非常好的借鑒作用。
上述研究工作于5月17日以“從銀河系12個(gè)超高能伽馬射線(xiàn)源發(fā)現(xiàn)高達(dá)1.4拍電子伏的光子”（Ultrahigh-energy photons up to 1.4 petaelectronvolts from 12 γ-ray Galactic sources）為題發(fā)表在《自然》（Nature）期刊。清華大學(xué)工程物理系劉以農(nóng)教授、龔光華副研究員，研究生葉一錳、呼曉軍作為合作組成員參與了論文工作并作出了重要貢獻(xiàn)。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03498-z
供稿：工物系
編輯：李華山
審核：呂婷
