作者:倪思洁 来源:中国科学报微信公众号 发布时间:2023/3/19 20:27:07
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从高原4410米到深海1800米,他们一路挑战极限

 

文 | 《中国科学报》 记者 倪思洁

咸湿的海风裹着汽油味,船被海浪拍得摇摇晃晃。闲来无事的船员们,正支着鱼竿钓鱿鱼。此刻,已是凌晨两点,高博坐在甲板上,望着摇晃的星空,心沉到了水下1800米深处。
船停在西沙群岛附近,白天,他们把装着仪器设备的玻璃球沉进海里。这会儿,设备的探测数据正通过电缆传回船舱里的电脑主机。
“想什么呢?”高博的思绪被打断。
大高个儿刘成从朦胧灯光里摇晃着走过来,高博看了看他,又仰起头:“你看,这里的星空跟海子山上真不一样。”
高博和刘成,是中国科学院高能物理研究所的科研人员。他们曾在海拔4410米的海子山上,用3年时间建起了世界上海拔最高、规模最大的宇宙射线探测装置——高海拔宇宙线观测站(LHAASO)。
这两年,LHAASO陆续发现了一些新迹象,让人兴奋却难以解释。他们琢磨了很久,决定从高原下来,走进深海,寻找解谜的可能。

去海里追星

沿着高博的目光,刘成向星空望去,恍惚间以为是谁放了孔明灯。海子山上的星星是亮的,海船上的星星是晃的。刘成想,怎么才能捉住星空里暗藏的信号。
过去一个多世纪里,不知道多少科学家都曾像他这样想过。
1912年,德国科学家韦克多?汉斯,坐着热气球飞到5000多米的高空,意外发现了来自外太空的带电高能粒子流——宇宙线。这个发现让他获得了1936年的诺贝尔物理学奖,却也给世人留下一个谜题:宇宙线从哪里来?
自那之后,他们向宇宙发射卫星,想直接捉住原初的宇宙线粒子;去南极凿冰,在冰下几千米深处装探测器,等待宇宙线信使——中微子的降临。
“折腾”了一个世纪,问题却还在那里,没有一个清晰、完美的解答。
2021年,LHAASO团队在《自然》和《科学》杂志上连续发布重大成果,发现在银河系内存在大量超出理论预期的超高能伽马射线源。这是人类为数不多的、接近未知源头的机会。然而,他们依然无法令人信服地证明,这些伽马射线就是来自宇宙线的源头。
能回答这个问题的,只有中微子。如果伽马射线和宇宙线有关,那么,高能中微子就一定会与伽马射线一同来到地球。
探测中微子,需要把探测器放在冰或水里。鉴于全世界现有装备的探测探测灵敏度不够,都无法与LHAASO形成有效的联合观测,LHAASO的首席科学家曹臻提出,建一个能够与LHAASO相匹配的巨型中微子望远镜。
在他们看来,如何找出经济、有效的解决方案,是核心问题,而把它沉进千米深的海底则是一个“很有吸引力的想法”。
这项任务落在了高博、刘成所在的LHAASO水切伦科夫望远镜团队身上,负责人是40岁出头的陈明君。
去海底建望远镜,需要考虑的技术问题很多,比方说,探测器怎么扛住千米深的水压,水下的探测器之间怎么协同一致,水下探测信号怎么回传。

尽管尚未立项,他们还是决定先去海里试验一下。

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出海前,李凯(左)和游晓浩正在船务公司的仓库里提前安装探测设备。受访者供图

“滚汤圆”

船在2月9日下午1点出发,团队六人和一位学生一起上了船。
每个人都很兴奋。他们是中科院高能所里为数不多的、要出海的团队。由于组员都是党员,临行前,中科院高能所党总支批准他们成立了“海龙党员突击队”。所长王贻芳叮嘱:“安全谨慎、勇毅坚定、全面细致。”
“突击队的名字有点匪气,但也很霸气。”陈明君感叹。
名字是团队成员李凯起的,“海龙”取“海笼”的谐音,因为探测器单元设备有保护笼罩,下到深海时犹如点亮一串灯笼,带来一片光明。
扛着设备、电脑、队旗,七个人霸气地出发了。船长大哥好奇地看着兴奋的小伙子们:“第一次出海吗?”
“对!不过没事,我们带了晕船贴。”团队成员游晓浩指了指鼓鼓的背包。
两个小时后,游晓浩耳朵背后贴着晕船贴,抱着垃圾桶,坐在过道上吐。陆续地,其他人也开始吐。
刘成的精神状态稍好一点,看见终于直起身的游晓浩,想着过去安抚一下。“好点了吗?”他话音刚落,游晓浩一把捂住正准备回话的嘴,还是“哇”地一下吐了刘成一身。
到了晚上,游晓浩迷迷糊糊地听见刘成喊船员:“大哥,能帮忙递个凳子吗?吐得站不住了。”
那天晚上,大学生小杨绝望地问陈明君:“老师,能靠岸吗?”
谁不想靠岸呢?陈明君躺在床上,感觉自己就像砧板上的一块五花肉,任人拍来拍去,一身虚汗。听到陈明君的感慨后,身材微胖的高博虚弱地补了句:“也有点像滚汤圆。”

曾在海拔4410米高处克服了高原反应的他们,还是没扛住海浪的颠簸。到10号中午,陈明君算了算与作业点的距离和时间,恳请船长把速度从8节减到了5节,让大家缓缓。

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2月11日,陈明君(中)与船长大哥(右)确认船的航行方向与位置。受访者供图

甲板就是阵地

减速,有效地缓解了晕船。当天晚上,大家就都能下床。陈明君喝了两小碗面汤,又吃下去六只蒸饺。舒服多了。
此时的陈明君暗自庆幸他们在出海前提前完成了设备安装工作,否则这七荤八素的局面怕是要耽误测试。
2月11日,出海第三天,船已离岸600多公里。早上六点多,对讲机里传来刘成的声音:“马上到达作业点。”
陈明君跑进驾驶室,果然,前方就是目标海域,七点可以停船。
他把大伙儿召集到甲板上,重温了具体工作内容和顺序。“今天,这个甲板就是阵地,我们要坚守住。”陈明君大声说。
上午的主要工作是测试23英寸国产玻璃舱。500米、700米、1300米,玻璃舱没有破碎,李凯却抽筋了。
在对玻璃舱进行防水封装时,李凯用很大的手劲去按压防水腻子,没成想,十个手指突然间不听使唤地抽到了一起,掰都掰不开。就在大家慌张地把李凯往床上扶时,船长大哥淡定地从衣兜里掏出自己常备的“救命药”,让李凯吃下。后来大家才知道,原来是长时间剧烈呕吐引发了碱中毒。吃完药,休息半小时后,李凯又回到甲板上,生龙活虎。
下午,他们将23英寸国产玻璃舱和四个装着探测设备的17英寸玻璃舱一起,下放到水下1800米深处。探测器的通电情况正常,用来将光信号转化为电信号的光电倍增管也有信号。晚上八点,开始调试数据。晚上十一点半,调试工作完成,开始取数。
当紧张了一天的神经可以稍作舒缓时,暂未退去的肾上腺素却让身体止不住地兴奋。高博、刘成睡不着,索性坐在甲板上一边等数据,一边等日出。
2月12日,出海第四天。下午四点多,所有设备全部安全出水。相识这么多年,陈明君第一次看到高博笑得这么开心,对着一个湿哒哒的玻璃球。

下午五点半,船全速返航。团队成员李凯、刘成、李会财以最快的速度把五个玻璃舱设备拆卸完毕。很快,七荤八素的“躺平”生活又来了。

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高博与玻璃舱合影。受访者供图

归来再出发

上岸是在2月14日,当天,设备都通过物流打包发回实验室。高博执拗地用晒得通红、开始脱皮的胳膊,扛回了船舱里的电脑主机。主机里有深海试验最重要的数据,自己扛才放心。
这次海试,所有设备均投放至水深1800米以下。23英寸国产玻璃舱成功完成深海耐压试验。两个探测器连续稳定运行超过12个小时,开展了探测器时间标定系统超远距离检验,同时还在1800米和1100米,用极低伽马辐射测量装置对海水中放射性盐产生的伽马射线进行了原位测量。
“海试获得的数据,是高能水下中微子望远镜的预先研究的第一手数据,也成为后续选址和探测器设计的重要参考资料。”曹臻说。
陈明君说,之后,他们还要去贝加尔湖和地中海做试验,他们的国际合作伙伴正在那里开展相关实验。
这次出海,也让团队成员积累了很多经验。“比方说,少带零食多带水果,出海前不要吃得太饱,防止碱中毒……”李凯掰着手指头说了半天。
“你说你一个搞科研的人,不好好待在实验室里,怎么尽干些上高原缺氧、下深海晕船的事?”有朋友嬉笑着问李凯。

李凯想了半天说:“我们本来就是做‘自然科学’研究的,要是在城市有烟火的地方,那还能叫‘自然’吗?”

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五个玻璃舱出水后,团队成员与船长、船员们合影留念。受访者供图

 
 
 
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