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凝望宇宙的巨眼

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中日合作的宇宙线广延大气簇射(即EAS)探测阵列由近800个分布在近4万平方米地面的闪烁探测器组成,整齐有序,犹如冷兵器时代临战的兵马阵列。这座阵列1994年只有45个闪烁探测器,经过三期大的扩建,现在已经达到近800个。

“地毯”

虽然事先从资料获知:“所谓宇宙线是来自宇宙深处的高能粒子流,并且携带着宏观宇宙、微观世界与空间环境的信息,对于科学家来说堪称自动上门的宇宙物质样品。”但在见到年逾七十的科学家谭有恒之前,我们对于什么是宇宙线仍然懵懂。

在古代世界,也许在人的渺小与空间的辽阔之间产生了巨大落差,使人们想到用神话来弥补――在羊八井宇宙线观测站,一座中意合作的实验大厅便用希腊神话中巨怪“ARGO”的名字来命名。最初,我们以为这头百眼巨怪可以作为巨型望远镜的隐喻,但是它有更具体的含义,一般的望远镜只能观看一个领域, “ARGO”则是宽视场和全天候的,它观看的范围不仅更大,并且像巨怪永远不会全部闭上的一百只眼睛一样,24小时不会休息。在这座巨大的高山实验厅里,地面上一片银色的探测器构成全覆盖地毯式EAS阵列,工作人员平时便直接称呼其为“地毯”。在中文里,把EAS阵列称作“宇宙线广延大气簇射”探测阵列,就像为从天而降的宇宙线带电粒子主动准备的传感器,其作用是感知宇宙线的到来。

“地毯”上面架设的木板作为阵列中的步行通道。当我们踩着木板跟随谭有恒置身于“ARGO”内部,仿佛进入科幻电影中某个复杂陌生的空间。“ARGO”大厅全部用轻质、高保温的聚氨脂彩钢夹心板建成,在不用空调的情况下,保证探测器工作状态长期稳定,不受到高海拔强烈的日夜温差对室内温度的影响。

要对“地毯”的作用进行一番交代不是件轻松的事。我们眼前遍布地面的银色探测器,即是被称为RPC的“高阻平板粒子探测室”,这是一种用高电阻物质制成的厚仅2毫米的气体室,带电的宇宙线粒子穿过它时,将电离其路径上的室内气体,从而在7000伏的均匀电场的加速下,形成气体放大并产生流光,这样就能在相应位置的“感应读出块”或“读出条”上,获取一个快速脉冲信号,从而得到在此相应位置入射的EAS簇射粒子数目,以及到达的时间。在“地毯”全阵,安置着各种信息通道近15万路,硬件上对其进行分区管理。把每12个RPC划作一个组,归一个“地方站”来管理。这样一个组内任何“读出条”或“读出块”所获得的宇宙线带电粒子通过的讯息,都会立即被送入相应的地方站进行测量和缓存,再由中央指令统一送往中心站。全“地毯”所有这些信号都要汇集到中心站加以整理,这样在羊八井高处,一个具体的EAS几乎所有带电粒子时空分布的原始数据,就会被较完整地记录下来,这整个工作过程完全是自动的。

在EAS阵列的心脏位置是数据采集中心站,工作人员陈文一坐在这里时,被包围在电缆与机器中间的他显得尤其孤寂瘦弱。自154个地方站来的信息在中心站的管理下,有序地汇集到这里,对号入座地存储在专用存储插件AMB板(Argo Memory Board)中;数据经过整理后再按照一定格式,编辑成“EAS事例”,送往控制室并且写入专用的索尼高密磁带,或者经由互联网,迅速传往北京的高能所数据中心。

谭有恒说,可以把“ARGO”看作仿佛具有生命,因为它能够自动感觉与传输,并且时刻不停息地监测天空。

最佳环境

我们提出到小镇上走走,工作人员陈文一提醒我们,下午3点半是这里每天开始刮风的时间。从1991年建站不久,陈文一就到羊八井观测站工作至今。由于谭有恒需要一个可信赖的人在站里长期留守,当年高考失利后的四川广安老乡陈文一到了羊八井。直到目前,陈文一仍未成为中科院的正式员工。羊八井镇上几乎所有人都认识陈文一,由于时常有其他国家的科学家到羊八井工作一个时期,他逐渐也能够用英语同对方进行基本交流。

当我们走在小镇惟一的一条街道上时,时间到了3点半,羊八井小学的上学钟也开始敲响。气温开始降低,风开始刮起来。从甜茶馆传出声声震耳的藏语版济公歌。路边有许多正在修建的房屋,凿石声充斥我们的耳朵,由于用来修建藏式房屋的花岗石有放射性,有的房屋正在刷上一层厚泥。在没有修建房屋的地方,人们也用石灰画出了一块块地基,表示自己待用的领地。摩托车轰鸣着来来往往。这里的小百货商店还保持着80年代供销社的氛围。在这条街道上可以看到的最显眼的建筑,是已经废弃的象牙黄色的大礼堂,修建并使用于80年代,现在它的内部是空寂的舞台与一排排残破的观众席,以及鸟类的扑翅声和从天顶射下来的一道道光束。

因为有宇宙线观测站和地热电站的存在,小生意商人和一部分牧民聚集到这里,逐渐形成了羊八井镇。当地的藏族人把观测站叫做“实验室”,但不了解是“实验”什么的,有的人隐隐约约知道它“和宇宙有关”。平时,牧民的牛羊就自由出入于露天的中日合作闪烁探测器阵列,并且从未发生过牲畜破坏探测器的事情。陈文一说,就好像牛羊自己意识到这些东西是它们不该碰的一样。羊八井既有耕种也有放牧,由于观测站没有围墙,不论是农民还是牧民,都可以在工作时,从许多角度望见这些白色的立方体,在雪山前面的平原上整齐地摆放,反射着亮光。初到,乘坐火车经由青藏铁路路过这里的过客,也许会把远处这些白色的细点误认为羊群。

由于宇宙线能量分布极为宽阔,最高可达到最大人工加速器的十万倍以上。但是能量越高就越稀少,对于超高能宇宙线的探测,尺度小的空间探测器就无能为力,所以使用巨型地面探测阵列是必然之选。最初是谭有恒的朋友及同行,日本科学家汤田对他提到羊八井,向他描述了一番这里的地形优势与宜人气候。1984年选址考察时,谭有恒曾经考虑过的地方还有那曲、浪卡子等地。高至4300米的羊八井盆地,宽阔平坦的场地正好适于建设大规模的探测器阵列,并且气候温和,有国道、青藏铁路和通讯光缆在近旁通过,与地热电厂和中国电讯等单位、以及数千居民为邻――这对于科研人员来说,意味着可以在这里正常生活,不需要像世界上其他的高山站那样,要忍受非常态的生存环境。目前世界上的高山站多半地势陡峻,而且气候严酷,往往孤守在面积狭窄的山脊或者山顶,没有就近的交通、能源与通讯设施,科学家在那里工作和生活面临极大的困难与高昂的成本,更重要的是,无法在那里建设比较大的硬件设施。

与日本、意大利等国家的合作,使羊八井宇宙线观测站的建立与生存成为可能,这种与国际合作为主要途径的方式,也许可以为其他试图开发与建设科学项目的人们带来启迪。在与谭有恒同时期申报的项目中,羊八井观测站是惟一成功的一个。

目前谭有恒正在与音像出版社合作,制作一部关于羊八井宇宙线观测站的科普片。这位仍然显得精力充沛的长者,准备把精力从研究转移到科普上。在与我们的谈话中,他对于向对宇宙线完全无知的我们讲解时从不显得厌倦。他的一个设想是,希望在羊八井建立一座面向全世界开放的天文科普中心,让全世界的人们到这里来了解宇宙。如果这个设想成真,那么我们可以想象这样一幅图景:许许多多的人到达羊八井,一边浸泡着地热温泉,一边观赏着头顶盛大而清晰的高原星空。