粒子天体物理实验室简介

       西南交通大学粒子天体物理实验室是国内宇宙线研究领域的重要单位之一，从上世纪80年代就参与西藏羊八井宇宙线观测实验，在宇宙线实验观测、数据处理和物理分析方面积累了丰富的经验，是十四五期间前瞻引领型的国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站LHAASO的核心成员建设单位。

 团队现有教师17人，其中教授4人，副教授5人，讲师和助理研究员8人，科研秘书1人，硕士、博士研究生等20余人。团队近年来承担了LHAASO望远镜的标定和大气监测系统的建设、运行及远程控制的任务。该激光标定系统于2020年10月份成功运行，实现了对高海拔宇宙线观测站工程广角切伦科夫望远镜阵列的绝对标定和大气监测，填补了国际上在海拔4410米运用激光光束标定宇宙线探测器的空白。团队负责人刘四明教授是LHAASO成果发表委员会的主席，将会带领团队在LHAASO的宇宙线物理分析、伽马天文、宇宙线交叉前沿研究方面深入研究，显著提升我校在该领域的国内外学术地位和影响力。

 粒子天体物理中心历史发展

宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子，宇宙线的起源、传播及加速机制仍然是物理学、天文学、宇宙学等相关学科研究的前沿热点问题。西南交通大学的宇宙线研究历史可追溯至上世纪八十年代。经过了30多年的发展，从初期的现代物理研究所，到西南交通大学-中国科学院高能物理研究所宇宙线物理联合实验室，再到今天的粒子天体物理中心，已经成为在国内、外宇宙线相关研究领域中有重要影响的团队。

一、西南交通大学宇宙线研究的开端  -仰望心空，以梦为马；脚踏实地，不负韶华

  1989年在焦善庆教授带领下，西南交通大学宇宙线与天体物理团队加入了Tibet  ASγ 合作组，成为西藏羊八井国际宇宙线观测站的主要建设力量，至今参与取得了一系列重大科研成果。比如观测到高能宇宙线各向异性以及宇宙线等离子体与星际间气体物质和恒星共同围绕银河系中心旋转（SCIENCE，314:439（2006））、首次观测到来自于蟹状星云的能量超过100TeV光子（PHYSICAL REVIEW LETTERS ，123:051101（2019））、首次发现PeV能量宇宙线源广泛存在于银河系的证据（ PHYSICAL REVIEW LETTERS ，2021，4,2

图1. 焦善庆教授（左三）与其研究生在一起（左二：李树深院士，右二：马凤才教授，右三：潘留仙教授，右一：冯振勇，左一：贾焕玉）

为了进一步推动西南交通大学物理学科建设和宇宙线物理相关研究，1998年学校批准设立了“西南交通大学现代物理研究所”。

二，西南交通大学宇宙线研究的初步发展阶段

    从上世纪80年代末至今（2013年中意合作西藏羊八井ARGO实验结束，ASr实验继续运行），西南交通大学全面参与了西藏羊八井宇宙线观测站的建设、维护运行及数据的物理分析。随着参与的深入，人才培养得到近一步加强。贾焕玉从北京大学博后出站继续到校工作；周勋秀2003年硕士留校工作；祝凤荣2010年2月份从中国科学院高能物理研究所博士后出站到西南交通大学工作。

参与完成了羊八井宇宙线观测站的一、二期阵列建设

   在这个过程中，西南交通大学的冯振勇和贾焕玉分别在1990年年初和6月底前往羊八井参与了3个月的一期阵列的设备安装和标定调试运行等工作。图3是贾焕玉教授安装光电倍增管（PMT）。

1994年-95年和1998年，贾焕玉分别在羊八井进行了2期每期6个月的运行值班。冯振勇和黄庆等在羊八井进行了为期5个月和2个月的运行值班。

全面参与ARGO实验的建设、维护运行

西藏羊八井ARGO实验，网址为http://argo.na.infn.it/，是中国和意大利科学家共同建设的地毯式全覆盖阻性板探测器阵列。该探测技术由意大利罗马二大的科学家R.Santonico教授发明。该探测器于2006年7月份主探测器阵列建设完成。西南交通大学也是ARGO合作组的核心成员，全面参与了这个实验的建设、维护运行及数据分析。

* 科学成果

1992年,团队参与发表了Tibet ASr合作组第一篇科学文章（Search for Steady Emission of 10TeV Gamma Ray from the Crabl Nebula,Cyg X-3 and Her X-1 Using the Tibet Air Shower Array,Phys. Rev. Lett. 69(1992）2468)；

1994年，团队成员贾焕玉与高海拔宇线观测站（LHAASO）首席科学家、中科院高能物理研究所曹臻研究员等合作发表了双方合作的第一篇学术文章（“甚高能区宇宙线流强气象效应分析”，高能物理与核物理，18（1994）788）；

2000年，团队获省部级科技进步一等奖（证书编号：99-1-3-03），贾焕玉代表西南交通大学获羊八井一期阵列宇宙线实验结果一等奖。奖状如下：

2000年，团队参与发表了ARGO合作组第一篇科学文章（Result from the ARGO-YBJ Test Experiment,Nucl.Phys. B,Suppl.,85(2000)338 ）；

2006年，团队参与发表Tibet ASGamma合作组重大科研成果（Science,314(2006)5798）,首次从实验上确认了银河宇宙线围绕银心共转。如图8所示，是不同能量的宇宙线(A: 4 TeV, B: 6.2 TeV, C: 12 TeV, D: 50 TeV, E: 300 TeV)在天区的相对流强。图中的横坐标是赤经，纵坐标是赤纬。

2011年，西南交通大学祝凤荣首次作为通讯作者代表ARGO合作组发表学术文章（Mean Interplanetary Magnetic Field Measurement Using the ARGO-YBJ Experiment,Astrophys. J., 729(2011)113）

主持的代表性项目：

1.国家自然科学基金：（11175147）利用西藏羊八井ARGO实验研究宇宙线与大气电场的关联，62万，2012.01-2015.12

2.国家自然科学基金：（11205126）利用羊八井ARGO实验研究太阳磁场和行星际磁场，30万，2013.01-2015.12

3.国家自然科学基金，（11475141）利用ARGO实验的双前锋面事例和新升级的ASgamma联合实验研究10GeV以上能区的伽马射线暴，96万，2015.01-2019.12

人才培养：

    培养了一大批高层次研究生，为我国的宇宙线研究向更高水平的迈进所需要的人才队伍培养做出了重要的贡献。肖刚(2003级)、李会财(2010级)都是高海拔宇宙线观测站LHAASO建设的中坚力量，其中肖刚是LHAASO的MD阵列的负责人，李会财是LHAASO的WCDA的水质监测负责人。

三、西南交通大学宇宙线研究的快速发展阶段

    高海拔宇宙线观测站LHAASO是国家十二五期间立项的重大科技基础设施项目，也是十四五期间前瞻引领的国家重大科技基础设施。西南交通大学全面参与了LHAASO的立项、建设及数据分析工作，成功完成了LHAASO望远镜的标定及大气监测工作的建设任务。西南交通大学的宇宙线研究也借此得到了快速的发展。2016年3月份，西南交通大学-中国科学院高能物理研究所联合宇宙线物理研究所在现代物理研究所的基础上成立，吸引了一批优秀人才的加入。其中，谢宁（副教授）2016年6月加入；何钰（交大博士）、陈起辉（川大博士）2017年8月加入；刘虎(AMS组丁肇中组博后)于2019年5月份加入；陈龙（上海交大博士）于2020年4月份加入；辛玉良（紫台刘四明博后）、郭晓磊（紫台范一中博士）2020年9月加入；王阳（佛罗里达博士）2021年1月加入；刘四明（国家人才计划入选者，西南交通大学优秀拔尖人才专家）2021年4月加入。西南交通大学参加LHAASO合作组的人员有教师和研究生近30人，是LHAASO合作组中除了中国科学院高能物理研究所外投入人员力量最多的单位。西南交通大学粒子天体中心也随着刘四明教授的加入而成立，林文斌教授、黄银博士、杜华荣博士和李本良博士等随后加入团队。