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高海拔宇宙線觀測站建設獲重大進展
——數據獲取系統通過鑒定、缪子探測器陣列面積創新高
2019-09-27|文章来源:大装置管理中心 粒子天体中心 |【
 

  9月20日,位于四川省稻城縣海子山的國家重大科技基礎設施高海拔宇宙線觀測站(LHAASO)工程取得重大進展,來自中科院高能物理所、中國科技大學、清華大學、四川大學的專家組,對包括1314個電磁粒子探測器和304個缪子探測器、900探測單元、4台廣角切倫科夫望遠鏡的數據獲取系統進行了鑒定驗收。數據獲取系統的穩定運行標志著LHAASO實驗投入甚高能伽馬天文觀測的探測有效面積達到了空前的272500平方米,覆蓋了從600GeV到1PeV寬廣的能區,達到了對北天球前所未有巡天掃描靈敏度。同時,實現了10TeV以上宇宙線帶電粒子的多參數綜合測量,以期對其成份和能量展開精確測量。

  高能物理研究所的LHAASO数据获取团队,设计并研发了一套分布式数据获取方案,包括基于White Rabbit(WR)网络和TCP/IP协议的数据读出、组装、软件触发和数据分流存储。综合性能达到:2800个TCP/IP连接,7.4Gbps读出能力;440个CPU核心集群环境中的在线计算调度能力,并实现软件触发;300MB/s数据存储能力;存储容量101TB。完全胜任LHAASO四种主要探测器阵列的数据获取任务。

圖1:數據獲取系統鑒定測試部分結果:讀出數據量曆時曲線,WCDA、KM2A、WFCTA陣列同時運行數據獲取

  實現穩定有效觀測數據獲取的探測器陣列中,缪子探測器陣列由間隔30米的304個缪子探測器組成,實際探測面積達到11000平方米,是LHAASO探測器在10TeV以上具有國際領先的伽馬探測靈敏度的關鍵設備。

  通过地面阵列探测超高能光子来寻找宇宙线起源是宇宙线物理学家的梦想,诺贝尔奖获得者James Cronin曾经在美国尤他海拔1600米的站址建成过1/4平方公里的CASA-MIA实验,但因海拔高度不理想,缪子探测面积仅2700平方米等因素,最终未能探测到超高能伽马光子。随着LHAASO建设的推进,1/4平方公里的地面探测探测器阵列尤其是10000平方米缪子探测器阵列的投入观测,LHAASO已经具备了超高能光子的探测能力。梦想正在逐渐实现。

圖2.于2019年9月23日0時28分44秒擊中探測器陣列的一個極高能宇宙線事例,電磁離子探測器陣列、缪子探測器陣列和水切倫科夫探測器陣列均被觸發。左圖爲ED+MD地面陣列和WCDA1號裝置觸發分布,紅色圓圈是缪子探測器,藍點是電磁粒子探測器,右上角爲WCDA陣列,粉色爲1號裝置;右圖爲探測器觸發時間分布。

图3. 地面阵列鸟瞰图,缪子探测器位于锥形土堆下方,白色方块为电磁粒子探测器。


 
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