高海拔宇宙线观测站（LHAASO）是以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施，位于四川省稻城县海拔4410米的海子山，占地面积约1.36平方公里，采用四种复合探测技术进行全方位、多变量地宇宙线测量，包括：5195个ED电磁粒子探测器和1188个MD缪子探测器组成的一平方公里地面簇射粒子阵列（简称KM2A）、78000平方米水切伦科夫探测器、18台广角切伦科夫望远镜交错排布组成的复合阵列。
LHAASO实验数据将宇宙线伽马能谱进一步推进到拍电子伏能段
该观测站的3/4已经进入物理运行状态，将于2021年8月份完成全部阵列运行，成为国际领先的超高能伽马探测装置，投入长期运行，从多个方面展开宇宙线起源的探索性研究。本次报道的成果是基于已经建成的1/2规模探测装置在2020年内11个月的观测数据。
实验发现了12个稳定的银河系超高能伽马射线源，光子能量一直延伸到1拍电子伏附近，伽马光子信号高于背景7倍标准偏差以上，源的位置测量精度优于0.3°，这表明银河系内遍布拍电子伏加速器。
由多种复合探测器阵列构成的LHAASO观测站
现有理论预言银河系内的宇宙线加速器存在能量极限，河内伽马射线能谱在0.1拍电子伏附近会有“截断”现象，LHAASO的结果完全突破了这个“极限”，开启了“超高能伽马天文”观测时代，表明年轻的大质量星团、超新星遗迹、脉冲星风云等是银河系内加速超高能宇宙线的最佳候选天体，有助于破解宇宙线起源这个“世纪之谜”。
LHAASO的结果将推动科学家们重新认识银河系高能粒子的产生、传播机制，进一步研究极端天体现象及其相关的物理过程，并在极端条件下检验基本物理规律。
LHAASO实验在银河系内发现了多个拍电子伏加速器，突破当前的理论预测
在实验高精度同步时钟系统的研究建设方面，清华大学承担了重要任务，采用White Rabbit以太网同步技术，为野外高海拔环境下分布在1.3平方公里范围内的几千个探测器提供了亚纳秒级的同步时钟，并在同一光纤链路上完成物理数据采集和状态监控，自动完成链路长度校正、温度变化补偿。
课题组提升了WR技术针对高海拔应用的环境适应性，实现了定时机制和探测器处理逻辑的集成化，完成了批量专用WR定时设备的研发制造和安装调试。LHAASO实验的定时系统是目前全世界部署运行的规模最大的WR定时网络。
清华大学工程物理系负责的高精度网络同步系统和相关设备
该分布式高精度同步技术把现有的网络同步技术的指标提高一个量级，比GPS提高了1-2个数量级，能够实现从几米到几十公里范围内的时间同步，频率同步和相位同步，支持上万个节点，并解决大范围温度变化环境下链路延时的自动补偿和校准，能广泛应用于分布式网络测控、工业自动化控制、分布式基站和远端射频系统、电力电网同步、自适应阵列天线、多基地雷达、室内定位等多种场合。该大范围远距离时间同步技术和在特殊气象条件下系统可靠性研究对于野外科学实验或海洋、陆地勘测等项目也具有非常好的借鉴作用。
上述研究工作于5月17日以“从银河系12个超高能伽马射线源发现高达1.4拍电子伏的光子”（Ultrahigh-energy photons up to 1.4 petaelectronvolts from 12 γ-ray Galactic sources）为题发表在《自然》（Nature）期刊。清华大学工程物理系刘以农教授、龚光华副研究员，研究生叶一锰、呼晓军作为合作组成员参与了论文工作并作出了重要贡献。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03498-z
供稿：工物系
编辑：李华山
审核：吕婷
2021年05月19日 15:00:30
