对话LHAASO首席科学家曹臻：银河系传来什么“讯息”？

张丽

　对话LHAASO首席科学家曹臻：银河系传来什么“讯息”？
　　稻城捕捉到“天鹅座信使” 追踪
　　最近，由中国科学院高能物理研究所牵头的中国高海拔宇宙线观测站（LHAASO 拉索）国际合作组17日宣布，高海拔宇宙线观测站在银河系内发现大量超高能宇宙加速器，并记录到1.4拍电子伏的伽马光子（拍=千万亿），这是人类观测到的最高能量光子，突破了人类对银河系粒子加速的传统认知，开启了 “超高能伽马天文学”的时代。该成果于北京时间2021年5月17日发表在《Nature》（《自然》）。
　　LHAASO的科学目标是什么？此次研究发现改变了人们哪部分传统认知？未来该站点将对四川的科学研究、人才培养以及工业领域产业发展等方面产生哪些影响？围绕上述话题，成都商报-红星新闻记者深度对话中国科学院高能所研究员、高海拔宇宙线观测站首席科学家曹臻。

　　LHAASO
　　接收到的信使是什么？
　　曹臻：LHAASO接收到的信使实际上是从太阳系外、银河系内传来的高能粒子，这些高能粒子里有各种各样的东西，比如各种各样的原子核，这些粒子是宇宙线的主要成分，能量非常高，远超地球上人类能够建造出来的人工加速器，这是宇宙线的一个重要特点。
　　除了原子核，宇宙线里还包含少量光子。光子的特性在于，即便处于磁场里，它也是走直线。因此，这给我们提供了一个机会，即如果我们能判断测量到的东西是光子，就可以沿着它来的方向倒推回去，以此找到宇宙加速器所在的位置。试图找到能量非常高的宇宙加速器，这也是该项目要去完成的一个科学目标。
　　该研究成果
　　改变了人们哪部分传统认知？
　　曹臻：在上世纪20年代，人们认为银河系并不是一个活动剧烈的星系。上世纪后期，科学家们发现，很多星系在剧烈活动，他们把这些星系称之为活动星系。活动星系并不适合人类来稳定发展文明。
　　传统认知中，银河系是一个比较温和的星系，内部天体活动也不剧烈，不应该产生能量特别高的粒子。即便发现高能量粒子，也可能来自其他星系。
　　但此次研究成果显示，天鹅座实际上是一个非常活跃的天区，里面充斥着大质量恒星。大质量恒星寿命通常在百万年左右，百万年后它可能消失爆炸，再产生新的星体。因此，我们认识到，银河系并不像我们想象中那么稳定，只是恰好太阳系所在的小区域比较安全，人类才得以出现。
　　高能量光子
　　是否会对人类健康造成威胁？
　　曹臻：不会。首先，光子非常稀少，被它撞到的概率非常低。光子少到什么程度？在LHAASO这么强的一平方公里的源上，一年也只有1-2个光子打下来。
　　其次，大气层虽然稀薄，但它能起到一个非常好的保护作用。在宇宙线撞击之后，高能量粒子走不了多远就会撞到大气里的氮原子核，再分解簇射。当它达到地面后，就变成了1亿个粒子，能量也被分解掉了。最后真正落到人身上的能量并不高，甚至比我们通常接受到的宇宙线的辐射剂量更低。而人类就是在这个环境里演化而来，这些粒子就是我们生存的一个环境之一。
　　但这也不是绝对的。比如你到高海拔地区，所受到的辐射剂量就比低海拔地区增加几倍。如果你天天坐飞机在1万米高空，所受到的辐射也会提升。人类生活环境通常集中于1-2千米海拔地区，这些区域受大气层保护非常好，因此完全不用担心。
　　此次科研成果
　　如何影响我们的生活？
　　曹臻：目前来说，涉及到这么高能量的加速器还没有进入到我们的日常生活。但基于同等原理的“缩小版加速器”，已经逐渐变成我们医疗设备、工业探伤等技术基础。
　　比如，上世纪五十年代建的加速器，目前在我国一些大型医院已经开始作为肿瘤治疗的一个基本手段。中科院高能所在东莞也建立了一个中子中心，其产生出来的中子源可以用来进行肿瘤治疗方面的研究。可以想像，高能量的加速器会逐渐变得越来越重要。