【公益大讲堂】追逐宇宙之梦 探索星辰大海

　　粒子加速器称得上是名副其实的“超级显微镜”。“超级”既是指它功能强大，又指它规模巨大。随着加速器能量的提高，它的规模也越来越大。现在世界上能量最高的欧洲强子对撞机，周长达27千米，四分之三在法国、四分之一在瑞士；正在设计中的未来大型对撞机，周长达100千米。

　　科学家为探索新的、更有效的加速器原理不懈努力，提出了许多方案，并开展实验研究。其中最有希望达到高加速梯度、实现小型化的，是激光等离子体尾场加速器。激光具有很高的电磁场，在等离子体里产生的很强尾场（好比船在水里行驶后面产生的水波），可以达到每米1万亿伏的加速电场。这样，就可能把27公里周长的欧洲强子对撞机做在一个几十平方米的房间里。

　　但要真正实现，还有许多问题要解决，单从激光的功率、效率来说，就需要提高1000倍以上。尽管存在许多困难和挑战，科学家仍然相信，经过不懈的努力，终能建成高加速梯度的新型加速器和新型对撞机，为人类探索物质更深层次结构的奥秘提供强大的武器。

　　以上的粒子加速器都是用人工方法产生高能粒子的装置。实际上，每时每刻都有大量宇宙线粒子造访地球、悄悄穿过我们的身体。宇宙线粒子的能量远远高于人工建造加速器的能量。在四川稻城4410米的海子山，新建成的国家“十三五”重大科技基础设施大型高海拔宇宙线观测站，刚投入运行就探测到能量高达1千万亿电子伏的伽马光子，发现在银河系存在大量天然加速器。这些粒子究竟来自哪里？他们是怎么产生的？又是怎么传播的？这些都是天体物理学家和加速器物理学家共同关注的问题。

　　宇宙线既是宇宙的信使，又是上天的礼物。利用天然加速器提供的这种免费射线，可以开展科学研究、进行科学教育。在北京市教委的“翱翔计划”支持下，北京市东直门中学在2016年，建成了国内第一座中学宇宙线观测站。现在校园宇宙线观测联盟已经成立，在更多学校开展了宇宙线观测活动。宇宙线观测涉及物理学和天文学的前沿，实验的方法和仪器包括探测器、电子学、计算机、自动控制、无线电定位、数据传输与处理等等许多近代物理知识和技术。在中学开展宇宙线研究，学生在科学家和老师的直接指导下，参与探测器的制作，操作探测器的运行，进行数据采集、开展物理分析，在真实的科学研究中得到训练，成为探索宇宙奥秘的小小科学家。（钟蕾蕾 周雨涵）