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我國高海拔宇宙線觀測站（LHAASO拉索）成功測量出蟹狀星云輻射的最高能量端能譜，實現(xiàn)了前所未有的超高能區(qū)（0.3-1.1拍電子伏）的精確測量，為該能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)燭光設(shè)定了亮度標(biāo)準(zhǔn)。北京時間7月9日《科學(xué)》（Science）刊發(fā)了這一成果。高海拔宇宙線觀測站是7個國家、32個單位共同合作參與的大科學(xué)裝置項目，已經(jīng)取得一系列重要研究成果。中國科大參與研制的水切倫科夫探測器陣列WCDA和地下繆子探測器陣列（KM2A-MD）是其核心探測單元。

圖1：蟹狀星云輻射的伽馬射線能譜，WCDA和KM2A均為LHAASO的核心探測器。

我校核探測與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實驗室自10年前開始承擔(dān)拉索核心探測器水切倫科夫探測器陣列WCDA和地下繆子探測器陣列（KM2A-MD）的大尺寸光敏探頭研制，以及WCDA大尺寸光敏探頭讀出電子學(xué)的研制和工程實施工作。

如果說WCDA和KM2A-MD是拉索的“眼睛”，大尺寸光敏探頭就是拉索的“視網(wǎng)膜”。為了保證天文觀測的靈敏度和能譜測量的范圍，WCDA和KM2A-MD分別要求大尺寸光敏探頭和電子學(xué)在3和5.5個數(shù)量級的大動態(tài)范圍內(nèi)進(jìn)行高精度的信號讀出和測量，這在國際宇宙線探測實驗中是極具挑戰(zhàn)性的工作。我校核探測和核電子學(xué)國家實驗室成功地解決了這一挑戰(zhàn)。

圖2：WCDA示意圖，水池底為大尺寸光敏探頭。WCDA探測器總面積為7.8萬平方米，包含3120個探測器單元。每個單元充滿4.4米深純水，池底放置大尺寸光敏探頭。KM2A-MD設(shè)計與WCDA類似，由1188個埋在地下2.5米深的面積為36平方米的大水池組成，池頂放置大尺寸光敏探頭。

實驗室李澄、唐澤波、江琨等帶領(lǐng)的閃爍探測器研究團(tuán)隊分別針對WCDA和KM2A-MD的實驗要求，經(jīng)過大量模擬研究和實驗驗證，取得了多項核心技術(shù)突破，研制出滿足實驗各項要求的大尺寸光敏探頭。WCDA的動態(tài)范圍達(dá)到了3個數(shù)量級，KM2A-MD的動態(tài)范圍達(dá)到了5.5個數(shù)量級。這是拉索能在很寬的能量范圍內(nèi)實現(xiàn)伽馬射線能譜精確測量的核心保障。在實驗室的深度參與下，關(guān)鍵部件光電倍增管實現(xiàn)了國產(chǎn)化并達(dá)到國際先進(jìn)水平。研究團(tuán)隊還研制出一套高度自動化的大尺寸光敏探頭高精度性能測量系統(tǒng)，對研制的每個大尺寸光敏探頭的性能均進(jìn)行了細(xì)致研究，保證了工程的質(zhì)量和進(jìn)度。

圖3：WCDA大尺寸光敏探頭和批量性能測量裝置

項目負(fù)責(zé)人安琪、總工程師趙雷和副總工程師曹喆帶領(lǐng)的WCDA大尺寸光敏探頭讀出電子學(xué)研究團(tuán)隊成功完成該系統(tǒng)的整體研制和工程實施，并完成四項重大技術(shù)突破。研究團(tuán)隊針對WCDA采用國產(chǎn)新型20英寸MCP PMT的新方案成功完成前端讀出ASIC（專用集成電路）--PASC芯片的研制和優(yōu)化設(shè)計（此前世界上無一款成熟ASIC芯片可滿足此實驗需求），并正式用于拉索工程中，這也是我國在大型宇宙線物理實驗中首批使用的自主研制ASIC芯片。

圖4：自主設(shè)計完成的前端大動態(tài)范圍讀出ASIC芯片—PASC

以及基于此芯片研制完成的電子學(xué)研制及安裝

我校天文學(xué)系楊睿智教授也在拉索項目中擔(dān)任物理協(xié)調(diào)委員會成員和年輕巨星團(tuán)子課題協(xié)調(diào)人，在本次成果中參與了數(shù)據(jù)分析和唯象解釋工作。

隨著WCDA和KM2A-MD的持續(xù)投入運(yùn)行，LHAASO拉索將產(chǎn)生越來越多的突破性物理成果。

論文鏈接：https://science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.abg5137

（物理學(xué)院、核探測與核電子學(xué)國家重點(diǎn)實驗室、科研部）