黃晶在西藏羊八井安裝宇宙線探測設(shè)備。中科院高能物理研究所供圖

公元1054年，北宋天象官目睹了宇宙中最震撼的景象：一顆超新星爆發(fā)。近一千年后的2019年，中日科學(xué)家從這場宇宙級(jí)焰火的遺跡——蟹狀星云中探測到迄今能量最高的光子。這一發(fā)現(xiàn)被《物理評(píng)論快報(bào)》作為高亮點(diǎn)文章發(fā)表。

扎著馬尾辮，容貌秀麗的中日合作西藏羊八井ASgamma實(shí)驗(yàn)中方負(fù)責(zé)人黃晶介紹，這一進(jìn)展標(biāo)志著超高能伽馬射線天文觀測進(jìn)入到100TeV(1TeV=1萬億電子伏特)，打開觀測宇宙的新窗口。

宇宙中除了星辰，還隱藏著一個(gè)巨大的秘密。無數(shù)神秘的粒子正以接近光的速度飛馳，這些神秘的粒子就是宇宙線。

宇宙線給人們帶來了太陽系以外唯一的物質(zhì)樣本，攜帶著其產(chǎn)生地“源”天體及其經(jīng)過的空間環(huán)境，乃至天體演化及宇宙早期的奧秘，是人類探索宇宙的重要途徑。

在宇宙線發(fā)現(xiàn)后的100年間，與之相關(guān)的研究獲得了5次諾貝爾獎(jiǎng)，但人類還不清楚高能宇宙線的主要來源。什么樣的物理過程把這些粒子加速到如此之高的能量?在從其發(fā)源地傳播到地球這一漫長而遙遠(yuǎn)的旅途中經(jīng)歷了什么?它們在宇宙演化各個(gè)階段起什么作用?

黃晶記得童年時(shí)代的夏夜，她在福建老家院中乘涼，一位讀過大學(xué)的鄰居搖著一把畫滿星座的折扇給大家講故事。滿天繁星讓她對宇宙心馳神往。

1993年黃晶大學(xué)畢業(yè)去日本東京大學(xué)宇宙線研究所深造。當(dāng)時(shí)日本粒子物理學(xué)界正在不斷產(chǎn)生諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。她的老師是中日合作羊八井實(shí)驗(yàn)的日方創(chuàng)始人。在日本讀研期間，黃晶已經(jīng)跟隨老師到西藏羊八井開展觀測。

她說：“宇宙線探測與國家實(shí)力的發(fā)展有很大關(guān)系，我們都能切身感受到。”上世紀(jì)八九十年代中日合作的實(shí)驗(yàn)中，中方既無經(jīng)費(fèi)也無技術(shù)，只建設(shè)了安放數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的土坯房。一直到2000年左右，中國的經(jīng)費(fèi)才逐漸增加。

2008年黃晶回國，到中國科學(xué)院高能物理所創(chuàng)立自己的實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)時(shí)只有三間空蕩蕩的屋子，差點(diǎn)就要在地上做實(shí)驗(yàn)了。她帶著學(xué)生找來廢棄的桌椅搭建起實(shí)驗(yàn)室。探測器組裝完成后無法測試，她的學(xué)生用自行車馱著儀器在高能物理所里轉(zhuǎn)，好不容易借了一間實(shí)驗(yàn)室，利用周末測試設(shè)備。

2012年，黃晶開始擔(dān)任中日合作羊八井ASgamma實(shí)驗(yàn)的中方負(fù)責(zé)人。

黃晶在調(diào)試宇宙線探測器。中科院高能物理研究所供圖

為了探尋宇宙線的答案，黃晶曾在西藏遇到生命危險(xiǎn)。

有一次，黃晶帶領(lǐng)學(xué)生在羊八井觀測站安裝實(shí)驗(yàn)設(shè)施，遇上沙塵暴，人幾乎要被風(fēng)吹跑了。他們或趴著或跪著在狂風(fēng)中把設(shè)備安裝好。

還有一次，黃晶在羊八井發(fā)燒快到40度，且有很強(qiáng)的高原反應(yīng)。當(dāng)?shù)貎H有一個(gè)簡陋的衛(wèi)生所，由于是假期，只有一位男醫(yī)生值班，沒有會(huì)輸液的護(hù)士。如果不立即輸液，黃晶有生命危險(xiǎn)。曾為照顧母親學(xué)過輸液的黃晶請醫(yī)生找來器具并按住自己的胳膊，當(dāng)她給自己扎針頭時(shí)，感覺到男醫(yī)生的手在發(fā)抖。黃晶脫離危險(xiǎn)后醫(yī)生感嘆道，從未見過這樣的女人。

羊八井ASgamma實(shí)驗(yàn)雖然條件簡陋，卻取得了豐碩的成果。2014年，中日雙方共同出資完成實(shí)驗(yàn)重大升級(jí)改造，成為目前20TeV以上能區(qū)國際最靈敏的伽馬天文望遠(yuǎn)鏡。

西藏羊八井宇宙線國際觀測站。中科院高能物理研究所供圖

羊八井ASgamma實(shí)驗(yàn)最新成果引起國際學(xué)界關(guān)注。此前，許多世界上頗具影響力的科學(xué)家都認(rèn)為不可能有超過100TeV的伽馬射線。

“但是我們計(jì)算應(yīng)該是存在的，我們堅(jiān)持去做觀測實(shí)驗(yàn)。”黃晶說，“這次的新發(fā)現(xiàn)打開了100TeV以上觀測伽馬射線的新窗口。能取得這樣的進(jìn)展，是由于我們開發(fā)出了創(chuàng)新型的探測器，大大提高了靈敏度。雖然國際上有十多家宇宙線實(shí)驗(yàn)組，但是我們從來沒有在實(shí)驗(yàn)方法上跟風(fēng)，我們靠的是觀測技術(shù)的創(chuàng)新。”

黃晶介紹西藏羊八井實(shí)驗(yàn)的新發(fā)現(xiàn)。中科院高能物理研究所供圖

黃晶說，宇宙線實(shí)驗(yàn)從設(shè)計(jì)、研制、驗(yàn)證、實(shí)施到最后出成果，是一個(gè)漫長的過程。面對浩瀚的宇宙，她一生最多只能做好三個(gè)實(shí)驗(yàn)，每一個(gè)需要堅(jiān)持二三十年。

“我第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是跟著日本老師做的，第二個(gè)在羊八井，第三個(gè)就是在四川稻城正在建設(shè)的高海拔宇宙線觀測站。我們要埋頭苦干，不斷創(chuàng)新，更要持之以恒。”她說。

“我們國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展了幾十年，如果沒有國家強(qiáng)大，就不會(huì)有錢來研發(fā)探測器，就不會(huì)有我們自己的核心技術(shù)。中國現(xiàn)在有錢了，但是技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)還需要長期積累。”黃晶說，“宇宙線發(fā)現(xiàn)一百多年了，起源之謎還沒有答案，很有可能是中國人解答這個(gè)世紀(jì)之謎。”(記者喻菲)