导读
袁岚峰和中国科学技术大学天文系特任教授杨睿智博士和中国科学院高能物理研究所青年研究员陈松战博士两位老师一起直播，介绍了最近“拉索”（高海拔宇宙线观测站，Large High Altitude Air Shower Observatory，英文简称LHAASO）的重大成果。 这是直播内容的第一集。西瓜视频：
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本视频发布于2021年6月30日，观看量已达4.5万
袁岚峰：大家好，我是科技袁人袁岚峰，上个月2021年5月的时候，新华社发布一条新闻引起了很多人震惊，说“天鹅座万年前的讯息被成功捕获”，说在银河系里面发现大量的所谓“超高能的宇宙加速器”，实际的意思是说我们发现到目前为止观测最高能量的光子，很多观众朋友发私信来问我，有好多人问是不是发现外星人了？
这个是我们的中国科学院高端物理研究所为首组织的一个探测器的重大发现，这个探测器叫做“拉索”，就是一个首字母缩写词。拉索它的实际意思叫做高海拔高能宇宙线观测站，在5月17号的时候，高能物理所举办了一场新闻发布会，向全世界宣布拉索这个重大的发现，同一天他们的论文就发表在世界顶级期刊《Nature》上面，这篇文章总共有五个通讯作者，今天我们就非常荣幸地请到这五位通讯作者当中两位，中国科学技术大学天文系的科任教授杨睿智老师，以及中国科学院高能物理研究所的青年研究员陈松战老师。非常高兴见到这两位年轻老师，两位老师可以介绍一下你们的经历吗？
陈松战：大家好，我是陈松战，是来自中国科学院高能物理研究所，我的主要工作就是参与拉索实验，对拉索实验数据开展分析。我们此前一代实验就是在西藏羊八井的一个观测实验，所以我从研究生开始一直在做宇宙线相关的数据分析工作。
杨睿智：大家好，我叫杨睿智，我现在是中国科学技术大学天文学系的特任教授，我加入拉索项目时间比较短，我是2019年9月回国后才正式加入拉索组的，不过我之前从事的也是高能伽马射线天文相关的一些工作。
袁岚峰：杨睿智老师还有一个有意思的点，他去德国的时候在德国马普所，他在那有个师弟叫做柳若愚，大智若愚的若愚，在拉索成果出来之后，杨睿智和柳若愚两个人在科学大院就是中国科学院的科普的公众号写一篇文章，来向大家介绍拉索的成果，好多人看不懂这个文章本身写的啥，但是他看到这个作者名字杨睿智对柳若愚，杨对柳，睿智对若愚，觉得这个很神奇，说你们俩是故意的吗？这是真名还是笔名？我特别去问了杨老师，回答是真名是吧？
杨睿智：对，确实是真名。如果不是大家提醒，其实我们之前也没有意识到这两个名字是对仗的这么好，我和若愚其实已经认识很多年了，我们应该是2011年就认识了，后来也一直有很多合作，这也是很有趣的一个事情。袁岚峰：这是缘分呐。其实柳若愚老师他也是拉索的这篇《Nature》的文章的通讯作者之一对吧？袁岚峰：通讯作者我们这么快就知道三个了，还有另外两个人是谁？一个是这个实验最主要的负责人曹臻老师是吧？高能物理所研究员曹臻老师，是他最初提出的拉索的设想。还有一个人是外国人对吧？
杨睿智：对，Aharonian他是柳若愚的博士导师，也是我博后期间的导师。袁岚峰：你们当初是怎么选择天文专业的？或者说是核物理专业，这到底哪个专业？杨睿智：我觉得如果从高三的时候讲起，当时选专业是没有什么目的性的，因为我想大部分人在高三都还是处于一种比较懵懂的状态，除了有那些大牛，他们很小就知道自己将来要干什么，并且一直为之努力的，但是我相信这种人还是比较少的。你像我，我当时只有一个笼统的概念，感觉学物理比较有意思，然后后来就上了科大，去了物理学院，科大物理学院有一个比较好的地方就是大三才选专业，所以大一大二还是什么都学的。我到了大三还是处于一个很懵懂的状态，所以就选了一个理论物理专业。选天文是保研的时候，看了看各个研究所的介绍，觉得紫金山天文台是个比较有意思的地方，就去那学的天文。所以还是有一些巧合的因素在里面，并不能说我是一开始就想做这方面的事情，但是后来确实发现这门东西是越做越有意思。
袁岚峰：对，这次拉索的发现就非常有意思。那陈松战老师呢？陈松战：其实我跟睿智一样，我们上高中的时候，当时我们那个年代网络还是比较少，我们这个专业其实我们还没法查询，我们问身边的人，身边的人其实学历都比较低。反正你像我们是农村来的，当时我是我们村大概是当时考上大学就是一个中专，就是要放电影的那个年代，考中专都放电影，说真正的考到大学的并不多，而且网络当时还没有太发展起来，我为什么选物理？就是因为感觉高中好像其他科目学的都没有物理好，我上的高中应该是我们县最好的一个高中。当时我们高一大概有11个班，我们第一次做了一个物理考试，大概每个班有80多个人，所以将近1000个人，当时第一次物理考试，我们全校就有两个及格的。陈松战：题太难了，我就正好是两个及格中的一个，我考了87分，我记得非常清楚，另一个大概考了60多分。所以说感觉是好像是我觉得物理也没怎么费劲，觉得还挺好的，所以说觉得物理可能比较擅长一点，所以最后高考报的志愿里边，学校可能选了很多学校，但是志愿专业第一都是选的物理相关的。袁岚峰：这次新华社发布这一成果，所谓“天鹅座万年之前的来信”，所谓来信它到底是说的是啥？你们哪位给大家解释一下，这到底是啥？陈松战：其实我们这个来信，我们把宇宙线叫一个信使，就是你看到一个宇宙线可能解读很多天上的信息，所以很多新闻就把来信很巧秒转成一个，把我们当成一个信使的东西，当成一个来信，所以观众们可能一下子比较清楚了，我们看到一个重要的信息，但也容易使大家一个误解，好像说别人跟我们通话似的，其实就是说我们看到一个很高能的粒子。
袁岚峰：这次探测的到底是自然现象还是外星生物的信号？陈松战：其实我们的能量是非常高，产生这么高能量肯定是一个非常极端极端的天体，我们目前看到12个源，我们只能确认一个脉冲星风云，但脉冲星大家知道，这是一个很致命的中子星，而且很强的磁场，所以在这个环境下基本上生命应该是不可能存在的，特别是产生这么高能辐射它的辐射剂量如果地球上看到一平米一年大概是一个这么高的光子，但是你看到当地的话它应该是流强非常高的，所以说应该是不允许生命存在的。袁岚峰：是的，如果是一个常规的生命的话，在这么高能粒子的空气之下早就被轰成渣了。杨睿智：这个我再补充一点，我觉得外星人如果发信号的话，他肯定不会选择超高能伽马射线或者超高宇宙线这种东西，因为这两个东西在星际空间中衰减都是很快的，他肯定会选择能量低一点的光子或者是中微子这样，可以传播更远的东西。所以我觉得这个应该不会是外星人的信号，他即使发信号也不会发这些东西。
袁岚峰：是是是，而且对于地球人来说，既然想发信号我们也发不了这么高能量的东西，我们现在最强的加速器能量也只有这些光子的能量的千分之一这么一个量级，所以我们想发也发不出去。
陈松战：一般发信号发的就是叫什么长波段，就是低频的，低能量波段，大概射电波段可能是像人类通讯一样都用射电这个波段，所以他不会选择这么高能的波段。袁岚峰：要说这个话恐怕先得解释一下“宇宙线”这个词，因为大部分人可能还不明白这个宇宙线是什么意思。杨睿智：宇宙线用学术点的语言来说，就是星际空间中的相对论性带电粒子。我们知道地球和其他行星之间是非常空的，但是在这个非常空的空间中，有一些移动非常快的，所以它是达到了相对论性，就是它的速度非常接近光速的带电粒子，主要成分有什么？主要成分就是质子，就是氢的原子核，还有一些更重的核，比如说氦核，一直到铁核都是有的，就是每立方厘米一个原子核的非常稀薄的气体之外，还有光子场，就是我们知道星光，恒星射出来的光它会辐射在整个银河系中。还有磁场，星际空间中有一种非常弱的磁场，还有一种成分就是宇宙线，这三个成分它们贡献的能量密度差不多的。所以从某种意义上可以讲，宇宙线构成了1/3的星际空间。所以说，我们说夸张一点就是，我们研究宇宙线就研究了1/3的宇宙，当然这是夸张一点的说法，不过也是大差不差的。
袁岚峰：这个定位非常有意思。我来给大家讲一讲这个基础，就是宇宙线这个东西到底怎么发现的。好像是20世纪20年代的时候，有一个德国的物理学家叫做韦克多·汉斯，当时是发现大气当中有些分子是电离的，大家早就知道，但是问题是电离的，随着你往上走到底是越来越多还是越来越少，按照常规的想法，一般人会觉得在下面电离多，越往上走电离应该越少，但是汉斯他亲自做了一个热气球，浮到很高空的地方，这是冒着生命危险去的，那要是摔下来或者气球爆炸就完蛋了。
但是他就真的是冒着生命危险往上爬了很高很高，然后他就发现越往上走，电离子其实是越多的，你看这说明什么呢？这说明是从地球的外面有一些带电的射线打进来，然后把大气的分子打得电离了。所以他由此就推测出来说从地球外面会不断地有射线过来，把这个命名为宇宙线。应该说一开始还有很多猜测说宇宙线可能就是太阳发出来的，但是后来发现其实太阳发的只是极小一部分，绝大部分现在我们能看到，大部分是从银河系发过来的。韦克多·汉斯他是获得诺贝尔奖的，开启了整个宇宙线的这么一个（研究）。但是关于宇宙线最神奇的就是直到现在我们也不知道宇宙线的真正的起源到底是什么，我们只是发现宇宙当中有很多这样的高能粒子，而且它这个能量可以达到出奇的高，到目前为止发现一个最高的单个的粒子，一个粒子它的能量是10个焦耳，是10的24方的EV这个量，至于宇宙线为什么会具有这样高的吓死人的能量我们到现在都不清楚，到底从哪来，这我们都不清楚。袁岚峰：我看见有观众提个问题了，这么高能会不会把人打坏了？其实高能还是相对于微观粒子而言，对一个粒子来说是非常高，但是对人来说还是很低，它其实打到人身上也不会有事。杨睿智：袁老师，这个打人身上可能还是有事的，这就是辐射，如果它直接这么，当然这取决于流量，取决于剂量，如果是剂量很高的这么高的粒子打人身上肯定是会提高致癌率。袁岚峰：但是真正有意思的是说，它并不会直接打到探测器里，这么高能的粒子打到大气里面来，它跟大气当中的分子立刻就发生相互作用，它打到大气的分子，然后就产生出一大堆次级的射线，然后这些次级射线能量还是很高，所以它又会打出一大堆更次级的射线，就形成一串一串的好多好多的可能一个打出上万个那些次级的射线，它们形成一个就像雷阵雨一样的东西，最后每一个这样的粒子，一阵雷阵雨，然后你就知道有一个超高能粒子来了。所以你真正见到的每一个单个粒子能量还是很低的，所以不会有事。但是前面说到超高能粒子，它的密度是多低呢？大概是每一平方米一年大概能够接收到那么一两个。所以这个拉索实际上它是铺了一个很大的面积，超过了灵敏度，运行了11个月，探测到几次这样的现象，甚至是我们不知道的现象，并不是说一天到晚都有这么高的能量，只是因为拉索具有超高的分辨率，所以它能够探测到以前无法探测的现象。陈松战：袁老师大概补充一下，这么高能量的同一个源的话，流强大概是一平方公里一年才有一个。袁岚峰：一平方公里一年一个，我还以为是一平方米的，这个难度就更大了，真正神奇的是，我们居然还捕捉到几个。陈松战：所以达到这种概率还是非常非常低的。宇宙线说白了对我们身体比方说刚才说就是一个电离辐射，其实我们在现实中每个人大概每分钟每秒都大概有几十次有宇宙线穿过我们身体，我们每个人都要受到宇宙线的辐射，但剂量很低，我们有一个很特殊的方向叫做太空育种，我们把我们的种子拿来送到我们空间站上或者什么的。我们发现就有一些变异了，就变异好了，这个东西是因为宇宙线辐射比较强一点，就可以产生一个好的变异。但这个时候是往好的方面变异的，当然也有往坏的方面变异的。所以宇宙线对我们辐射肯定是有一定的作用，但是如果剂量不大的话应该是影响不大。
袁岚峰：我们每次坐飞机的时候，其实遭受到的辐射会比平时大一点，因为飞机飞行在高空，高度越高的时候，接触到宇宙线就会越多。所以这个时候我们会说你做一次X光辐射的胸透之类的，你受到的辐射大概会跟你坐一次飞机受到的辐射差不多，都是同样的，都是因为增加辐射，但是坐飞机的辐射就是因为宇宙线增加了。由此可以看出来我们平时接收的宇宙线剂量其实是微不足道的，多一点少一点其实都无所谓。
杨睿智：对，关于宇宙线打中人体，我知道一个笑话，我这里说出来给大家分享一下。就是说比如现在次级粒子，比如说muon（μ子），它的穿透性非常强的，如果它穿过人体，它这时候跟人体发生反应，质子也可以，只要宇宙线这种高能粒子穿过人体，和人体反应产生次级粒子的话，其实这些次级粒子在人体中的传播速度有可能超过光速，这样就会产生切伦科夫光，这个其实和我们拉索探测器的原理是一样的，但是如果它在人体中产生这个过程，如果这个切伦科夫光正好辐射在你的视网膜上，你就可能可以看到，当然这个概率可能是非常非常低的，不过哪天如果有朋友睡觉的时候，突然眼前一亮，就可能是被宇宙线打中了。袁岚峰：这个岂不是会把一个人的身体里面的情况给照出来，忽然把一个人半透明了，说明他的身体发生契伦科夫辐射，会不会出现这样的效应？杨睿智：对，当然这只是一个笑话，因为这个概率应该是非常非常低的。杨睿智：宇宙线还有一些其他重要的性质，比如说我们知道我们平常了解的宇宙大部分都是很多天文爱好者，他们最感兴趣的就是恒星，恒星形成的过程当然也是现在天文学和天体物理研究的一个重要课题，但是我们现在知道恒星都是在致密的分子云的云核塌缩形成的，而在云核中由于云核它的密度很高了，外面的其他辐射，比如说光子的辐射，各种波段的光子是很难穿透进去的。但是宇宙线它可以穿透进去，因为它是质子，它可以穿到云核中，所以它会控制云核恒星形成这个地方的电离率、气体加热这些过程。
所以从这个意义上来说，我们看到的恒星它的形成过程也是被宇宙线来控制的，包括一些星际化学的过程，一些星际化学，比如说那些星际中大分子的形成，现在有一种比较主流的观点就认为这些星际空间中的大分子是和生命起源有关的，而如何形成大分子，这些大分子形成过程中，宇宙线也是起到一个能量柱的主导作用。所以从这两个方面来看，宇宙线还是确实是一个非常重要非常值得研究的东西。袁岚峰：这次的成果到底是具有什么样的意义，值得专门来开一个发布会？这个成果到底使得我们对宇宙增加了什么认识？杨睿智：直接探测的宇宙线是在星际空间中传播后到达地球的，因为像刚才我也提到了星际空间中是有磁场的，所以宇宙线又是带电粒子，它会偏转。考虑到星际空间很大的尺度，它从源传播到我们地球已经偏转了很多次了，所以基本是完全丧失了它的方向性信息，所以宇宙线直接探测的就是直接测量宇宙线能量、方向，是不能告诉我们宇宙线源这个地方的信息的。所以我们只能通过一些间接的方法来研究宇宙线起源问题。一种最方便的方法就是研究高能伽马射线，这是因为宇宙线质子，因为我们刚才也提到了宇宙线中主要成分是质子，我们知道质子和质子碰撞就会产生伽马射线，我就说通俗一点好了，伽马射线它原则上是光子，伽马射线就是能量很高的光子，它不受磁场影响，在星际空间中也基本是直线传播的，所以它从哪来的，我们就可以直接看到，就可以定它的发射的区域和方向。
之前的仪器由于它们的灵敏度的原因是无法探测能区的，而我们这个仪器，就是拉索，由于它非常高的灵敏度，是第一次在这个能区看到了伽马射线，所以这就是一个直接证据表明，我们看到超高能伽马射线辐射那些区域，确实是有非常剧烈的非常强烈的、非常令人兴奋的宇宙线加速源了，这是我认为这个发现的一个最主要的科学意义。当然你从天文观测的角度来讲，我们说天文观测啊，天文观测看的是什么？我们想一下望远镜，看的都是光子，但是最早比如说像第谷、开普勒，包括我们中国古代天文学家他们是用肉眼看的，所以看的肯定是可见光，但是随着科技的发展，天文观测也是拓展到了多波段，我们不光可以看可见光，我们可以看红外、紫外，包括能量更高的X射线、伽马射线。
所以伽马射线是天文观测的一个重要的能段，但是我们拉索这个仪器又把伽马射线能段拓展到了之前从没有人涉及过的超高能伽马射线能段，所以说这对天文观测本身也是有一个非常意义的，等于说我们多了一扇看宇宙的窗口。所以我觉得这是我们这次发现了两个最重要的意义，一个就是证实了银河系内确实有超高能宇宙线压缩源，还有一个就是打开了天文学观测的新窗口。
作者简介：本文作者袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，中国科学技术大学科技传播系副主任，中国科学院科学传播研究中心副主任，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，中国科普作家协会理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。责任编辑：孙远