作为太阳系以外唯一的物质样本，宇宙线以及它们的起源是人类探索宇宙及其演化的重要途径。在1912年宇宙线被发现之后的一百年间，与之相关的探索与研究已经产生了数枚诺贝尔奖牌，但人类始终没有发现宇宙线的起源，从而使宇宙线起源问题成为跨越物质最小单元夸克到整个宇宙的自然科学在21世纪所面临的包括暗物质、暗能量等在内的若干基本问题之一，在欧、美的科学决策机构凝炼出的6个或11个基础科学难题中位列前5。"高海拔宇宙线观测站(LHAASO)"正是瞄准这一重大科学难题而提出的。

高海拔宇宙线观测站

为了探索宇宙线这种弥漫整个宇宙的带电粒子的起源，欧美和中、日的伽马天文学实验、美国的南极中微子实验以及多国合作的巨型极高能宇宙线实验组成了3个支柱性的研究分支。其中伽马天文学实验尤为成熟，在过去20年内拓展出一个最为活跃的高能物理与天体物理的交叉领域，已经发现150多个源天体，其中存在多个宇宙线的候选源，孕育着突破的重大机遇。该领域内国际上竞争十分激烈，美国在结束第二代的MILAGRO实验之后，从海拔2700米移师4100米的高山站址，借此将灵敏度提高十几倍，开始了HAWC实验，已经完成建设任务，并于2014年底开始观测。欧洲更加宏伟的切伦科夫望远镜阵列(CTA)计划，已经列入刚刚发布的欧洲天体物理发展路线图，将耗资2亿欧元对现有实验升级换代，试图用其传统的定点观测装置覆盖宽广的能区。

高山实验是宇宙线观测研究中能够尽可能减小大气层的吸收效应的地面探测手段，其规模可以远大于大气层外的天基探测器，成为甚高能和超高能伽马天文和宇宙线观测必不可少的研究手段。

我国的宇宙线研究通过与宇宙线研究强国日本和意大利近30年的长期合作，正是利用了世界屋脊之上羊八井观测站得天独厚的天然优势，获得了研发第一代(ASγ)和第二代(ARGO-YBJ)伽马射线巡天望远镜的成功经验，在大视场巡天领域处于国际先进行列。在此基础上，我们建议在综合条件更优越的站址建设高海拔宇宙线观测站，采用多种探测手段实现复合、精确的测量，大幅提高灵敏度，覆盖更宽广的能谱，建设第三代伽马天文探测器，在以下三个方面达到世界领先水平:

超高能伽马射线探测灵敏度。在高于10TeV的能量区域，比ARGO-YBJ实验的探测能力提高几百倍，甚至于比CTA计划的灵敏度还要高十几倍，长期占据该实验研究领域的制高点;

甚高能伽马射线巡天普查灵敏度。在几百GeV的能区，与ARGO-YBJ相比提高30倍，从而以高于HAWC三到四倍的灵敏度，迅速占据国际领先地位;

具有宽广能量覆盖度的宇宙线能谱和成份精确测量装置。造就具有国际领先水平的高海拔宇宙线研究中心，对解开新世纪重大前沿科学难题之一的宇宙线起源之谜形成强有力的冲击。

折叠编辑本段探测目标

高海拔宇宙线观测站的核心科学目标是探索高能宇宙线起源并开展相关的高能辐射、天体演化甚至于暗物质分布等基础科学的研究。具体科学目标如下:

探索高能宇宙线起源。通过精确测量高能伽马源宽范围能谱，研究高能辐射源粒子的特征，探寻银河系内重子加速器存在的证据，在发现宇宙线源方面取得零的突破;精确测量宇宙线能谱和成分，研究宇宙线加速和传播机制。

开展全天区伽马源扫描搜索，大量发现新伽马源，特别是河外源，积累各种源的统计样本，探索其高能辐射机制，包括产生强烈时变现象的机制，研究以超大质量黑洞为中心的活动星系核的演化规律，捕捉宇宙中的高能伽马暴事例，探索其爆发机制。

探寻暗物质、量子引力或洛仑兹不变性破坏等新物理现象，发现新规律。

瞄准上述科学目标，观测站的建设目标为建成具有如下设计指标的伽马射线和宇宙线探测装置:对2TeV的伽马射线源，年灵敏度达到<1.3%蟹状星云流强;对50TeV的伽马射线源，年灵敏度也达到<1.2%蟹状星云流强;对100TeV的宇宙线，有效孔径>4,000msr。其探测器阵列设计为四个部分:

(1)电磁粒子探测器阵列(ED);

(2)缪子探测器阵列(MD);

(3)水切伦科夫探测器阵列(WCDA);

(4) 广角切伦科夫望远镜阵列(WFCTA)。

针对探测器的特点和需求，开发了远距时钟在亚纳秒精度上的同步技术，并把它应用于散布在方圆1.36平方公里范围上的电子学系统，同时还实现高计数率条件下的前端信号数字化、数据传输、计算集群协助下的软件事例触发判选、以及海量数据条件下的实时在线处理等高难技术要求。

折叠编辑本段基地组成

高海拔宇宙线观测站由观测基地和测控基地组成。通过在我国高海拔地区的广泛选址和实地踏勘调研，本项目最终选定位于四川稻城海子山平均海拔为4410米的高地作为观测基地，占地面积~2040亩，并在海拔较低的稻城县城区建立测控基地，占地面积~20亩。与国内现有的高山站址相比，这一选址将极大改善野外台站的工作条件，确保长期工作于高原地区科研人员的生命安全，便利的交通和稳定的社会环境也有利于国际合作的顺利开展。本项目的实施将是我国大科学装置在西南地区的重要布局，高海拔宇宙线观测站落户四川将充分发挥西南地区天文观测资源优势，打造宇宙线研究和天文观测基地，建成国际领先水平的高海拔宇宙线研究中心，对当地的科技、文化教育、旅游以及地方经济发展产生积极的影响。

高海拔宇宙线观测站总体投资约12亿元，包含四川省配套建设资金约3亿元。项目立项后建设周期为4年，投入运行后科学寿命在20年以上。

紧扣LHAASO的科学目标，制定的总体技术方案是 :分别在三个能量范围内，采用不同的技术手段，对宇宙线粒子和伽马射线在大气中产生的空气簇射(EAS)作多参数的精确测量。实现方案为

(1)建设1km电磁粒子探测器阵列和有效面积达42000m的缪子探测器阵列的设计方案(KM2A)。

(2)建设以测量簇射粒子在水中产生的切伦科夫光为探测技术的78000m探测器阵列的设计方案(WCDA)。

(3)建成18台广角切伦科夫望远镜阵列(WFCTA)。

(1)地面簇射粒子阵列(KM2A)

KM2A设计为中心区半径575m 的地面粒子阵列，4901个电磁粒子探测器(ED)以间距15m呈品字形均匀排列，1171个缪子探测器(MD)以间距30m呈品字形均匀排布于阵列中;外围区是一个半径处于575m-635m之间的环形区域，以间距30m共排布294个ED。

ED:用于测量EAS中的次级电磁粒子。探测介质为塑料闪烁体，通过波长位移光纤收集带电粒子在闪烁体内产生的闪烁光，并传导到光电倍增管(PMT)，转换为电信号进行测量。

MD:用于测量EAS中的缪子含量。基本构造是在一钢筋混凝土罐体内置软体水袋，水袋内装超纯水，水袋顶部中心安装一只8-10英寸的PMT，收集进入罐体的缪子在水中产生的切伦科夫光，转换为电信号进行测量。

2)水切伦科夫探测器阵列(WCDA)

阵列面积为78,000 m，由2个157.5m×150m和1个307.5m×100m 共3个相邻的大型水池构成，水深4.4m。每个水池分为若干个5m×5m的单元探测器，各放置一支PMT，观测EAS中的次级粒子在水中产生的切伦科夫光，转换为电信号进行测量。

3)广角切伦科夫望远镜阵列(WFCTA)

测量高能宇宙线或高能伽马射线通过簇射在大气中产生的切伦科夫光或荧光。借助望远镜独有的可移动特性、通过阶段性阵列布局调整、联合KM2A、WCDA，多参数、分能段，精确测量宇宙线分成份能谱。采用多块镜片组成的球面反射镜设计方案，反射光由位于焦平面的PMT阵列来收集。

管理机构

中国科学院成都分院为LHAASO项目法人单位。成都分院拥有一批具有国内领先水平和国际先进水平的国家级及部省级重点实验室、工程技术中心和野外科学台站。研究的学科范围包括光学、电子学、机械学、材料科学、计算机科学等。在自适应光学、微电子、激光、光机电一体化、仪器仪表、遗传育种、脆弱生态修复、环境保护及山地灾害防治等方面有较大科研开发优势。近年来，院属成都、重庆地区各单位紧紧围绕国家"十二五"规划、中国科学院"率先行动计划"、"创新2020"等重大部署，在助力我国科技、经济、社会发展取得了令人振奋的成绩，获得了国家、地方及院领导的一致肯定。

成都分院宇宙线研究中心作为承担高海拔宇宙线观测站的主体单元。宇宙线研究中心人员拥有ASγ和ARGO-YBJ两大实验建设和持续稳定运行等的科研和国际合作经验。通过ARGO-YBJ探测器的大规模安装、调试、升级和广角切伦科夫望远镜的研制投放、调试，为宇宙线研究中心培养造就出了一支高素质的科研技术团队，团队人员已具备了大型宇宙线实验和相关探测技术的研发、制作、安装、调试和运行的技术和经验。

中国科学院高能物理研究所为LHAASO项目的共建单位。高能物理研究所拥有国内最强的研发先进加速器如BEPCII的能力，有组织大型高能物理实验如BESIII的经验，有涵盖核化学、光学、材料、纳米、生物、制药、考古等的高水平多学科交叉的研究中心，同时还拥有一支独立的集科研和探测技术研发能力于一身的高能宇宙线物理研究队伍。这支队伍始建于上世纪五十年代初期，无论从人员结构、科研能力、基础科研资源与条件，还是组织管理等各方面，在国内宇宙线研究领域都处于领先地位，具有无可比拟的优势。

折叠编辑本段项目意义

高海拔宇宙线观测站将利用稻城独特的高海拔优势建成有多国参与合作研究的国际高海拔宇宙线研究中心，建设有强大国际竞争力、独具特色、综合开放的科学研究平台，与现有国际三大宇宙线研究中心(位于南美的3000平方公里极高能宇宙线AUGER实验，南极的立方公里中微子ICECUBE实验，欧洲的伽马天文定点观测CTA装置)形成极好的互补，在国际上形成强大的吸引力。在提高伽马射线测量的空间分辨率、多手段向低阈能延伸、扩展对极高能宇宙线观测能力等方面形成多方国际合作，在短时间内引进国内、外新的实验。同时也为开展大气、气象、空间环境等多种形式的前沿科学交叉研究提供实验平台，为国家相关科技发展需求做出重要的贡献。

折叠编辑本段重大事件

2018年6月19日，高海拔宇宙线观测站正式开工，建设周期为5年。

2021年5月17日，高海拔宇宙线观测站发现首批'拍电子伏加速器'和最高能量光子，开启"超高能伽马天文学"时代，该成果发布在NATURE(自然)期刊上。

2021年5月17日，中国科学院高能物理研究所、施普林格·自然出版机构在北京联合发布:国家重大科技基础设施"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，并记录到能量达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。

2021年7月9日消息，高海拔宇宙线观测站新成果:测定"标准烛光"超高能段亮度。