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    作為目前國內(nèi)工作在最低頻率（頻率50－200MHz）的大型射電望遠(yuǎn)鏡陣列，21CMA利用其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和地理位置，在主攻首要科學(xué)目標(biāo)“宇宙第一縷曙光探測(cè)”的同時(shí)，探索在低頻射電波段觀測(cè)宇宙射線繼而捕獲宇宙τ中微子的可能性，近期建成了國內(nèi)首個(gè)低頻射電高能宇宙射線和中微子探測(cè)望遠(yuǎn)鏡TREND（Tianshan Radio Experiment for Neutrino Detection）。TREND在2010年成功探測(cè)到大量宇宙射線事例，重建了宇宙射線徑跡，并經(jīng)安置在21CMA基地的閃爍體粒子探測(cè)器予以證實(shí)，首批觀測(cè)結(jié)果近期發(fā)表在《天體粒子物理》（Astroparticle Physics）上。這是世界上少有的利用非高能探測(cè)器手段成功捕獲宇宙射線的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)，TREND是國內(nèi)第一臺(tái)以低頻無線電方式探測(cè)宇宙τ中微子的望遠(yuǎn)鏡，開辟了研究宇宙射線和宇宙τ中微子的一種嶄新的、經(jīng)濟(jì)的和有效的新途徑。

　　長期以來，人們研究高能宇宙射線都是借助于探測(cè)器手段（觀測(cè)切倫科夫光或熒光），為了確定宇宙射線的能量和方位，需要在高海拔地區(qū)大面積的布設(shè)探測(cè)器（如西藏的羊八井），費(fèi)用高且維護(hù)困難，探索新的宇宙射線探測(cè)技術(shù)一直是科學(xué)家的愿望。早在上個(gè)世紀(jì)六十年代人們就意識(shí)到，宇宙射線進(jìn)入地球時(shí)會(huì)發(fā)生大氣簇射，其次級(jí)粒子的衰變會(huì)產(chǎn)生正負(fù)電子對(duì)，當(dāng)這些電子以近乎光速運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于地球磁場所導(dǎo)致的同步輻射將產(chǎn)生微弱的電磁輻射，輻射能量落在20－100MHz的低頻附近，表現(xiàn)為該波段一個(gè)納秒級(jí)無線電脈沖。所以，只要能夠?qū)崿F(xiàn)高時(shí)間分辨率的低頻無線電觀測(cè)并識(shí)別各種干擾信號(hào)，就有可能實(shí)現(xiàn)宇宙射線的無線電探測(cè)。這是因?yàn)樗�有的方法都是通過探測(cè)宇宙射線的次級(jí)效應(yīng)來重建原初宇宙射線特性。

　　雖然低頻無線電技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但直到近些年，隨著高速數(shù)字化技術(shù)（ADC）和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，才使得人們有可能真正有效實(shí)現(xiàn)宇宙射線的無線電探測(cè)和事例重建。位于德國的LOFAR/LOPES、荷蘭的LOFAR/LORA和法國的CODALEMA是近年間專門為實(shí)現(xiàn)宇宙射線的低頻無線電探測(cè)所建立的幾大實(shí)驗(yàn)設(shè)施，均成功驗(yàn)證了此技術(shù)方法的可靠性和有效性。

　　和已經(jīng)存在的專用宇宙射線低頻無線電探測(cè)設(shè)備CODALEMA、LOPES和LORA實(shí)驗(yàn)相比，21CMA有其無法代替的特殊地位和優(yōu)勢(shì)：（1）21CMA由10287架天線組成，基線10公里，規(guī)模遠(yuǎn)比其它設(shè)備大，可以提供更準(zhǔn)確的時(shí)間分辨率，從而提供高精度的宇宙射線方向定位；（2）21CMA位于海拔2700米的天山深處，方圓幾十公里被海拔3000米以上堅(jiān)實(shí)巖石組成的天山山脈環(huán)繞，僅南方山脈就構(gòu)成大于2萬立方公里的天然靶體，為中微子提供了有效的作用截面。所以，21CMA除了被用作宇宙射線探測(cè)器外，將是十分理想的宇宙τ中微子探測(cè)器。也就是說，21CMA具備探測(cè)宇宙射線和宇宙τ中微子的雙重功能。

　　τ中微子是中微子家族中最晚發(fā)現(xiàn)的一個(gè)成員，十年前才在加速器上被捕獲，而人們至今未能在宇宙中看到τ中微子！由于其很小的相互作用截面，人們必須建立足夠大的靶體才有可能觀測(cè)到τ中微子的作用。此外，即使τ中微子和巖石作用，其次級(jí)粒子壽命很短，只有那些剛好逃逸出山體的τ輕子衰變后的次級(jí)粒子（如電子）才能被觀測(cè)到。和利用低頻射電手段觀測(cè)宇宙射線的原理相同，這些τ中微子的次級(jí)粒子τ輕子衰變所產(chǎn)生電子的同步輻射將給人們探測(cè)宇宙中τ中微子提供極佳的機(jī)會(huì)。特別是科學(xué)家不會(huì)擔(dān)心無法區(qū)分τ中微子和宇宙射線：凡是來自天空的就是宇宙射線，而來自山體方向的肯定就是中微子！

　　能否在21CMA首先實(shí)現(xiàn)宇宙射線的探測(cè)將是后續(xù)能否實(shí)施τ中微子觀測(cè)的前提。2008年，一個(gè)由中國和法國六個(gè)研究機(jī)構(gòu)約20名科研人員組成的研究小組成立，特別包括了中科院高能物理研究所長期從事宇宙射線實(shí)驗(yàn)的專家和法國專門從事CODALEMA實(shí)驗(yàn)的專家，項(xiàng)目依托21CMA基地，中方學(xué)術(shù)帶頭人是“宇宙第一縷曙光探測(cè)”項(xiàng)目首席科學(xué)家武向平研究員，法方學(xué)術(shù)帶頭人是中法粒子物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室（FCPPL）法方主任Martineau-Huynh研究員和Saugrin博士，他們也都是國家天文臺(tái)聘用的外籍科學(xué)家。經(jīng)過兩國科研人員兩年間幾十次現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，完善了數(shù)據(jù)接收和采集系統(tǒng)，并多次使用人工方式產(chǎn)生干擾源，檢驗(yàn)事例重建的可靠性。2010年初，高能物理研究所的合作者又在21CMA基地安置了間隔約200米的3臺(tái)閃爍體探測(cè)器，用于進(jìn)一步的事例交叉證認(rèn)。

　　2010年間，21CMA基地把第二套接收系統(tǒng)開辟為低頻宇宙射線和中微子探測(cè)專用，另外架設(shè)了50套“蝴蝶”天線，接收波段覆蓋50－100MHz，時(shí)間分辨率5納秒，在測(cè)試的一個(gè)月里就發(fā)現(xiàn)了多個(gè)有效事例。TREND實(shí)驗(yàn)初期結(jié)果（28個(gè)完全確認(rèn)的事例）在Astroparticle Physics發(fā)表(arXiv:1007.4359)。雖然首篇論文報(bào)道的是宇宙射線實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但其深遠(yuǎn)的意義在于，TREND將成為天山深處的宇宙τ中微子探測(cè)器或中微子望遠(yuǎn)鏡，如果未來把21CMA天線用作中微子望遠(yuǎn)鏡，則規(guī)模將是空前的。至此，我們已經(jīng)擁有了第一部可能以低頻射電方式探測(cè)宇宙中微子的望遠(yuǎn)鏡。

　　TREND實(shí)驗(yàn)是“宇宙第一縷曙光探測(cè)”的子課題，得到了國家科技部973項(xiàng)目、國家基金委海外青年科學(xué)家基金和中國科學(xué)院海外青年科學(xué)家計(jì)劃的支持。國內(nèi)主要參加單位是國家天文臺(tái)、高能物理研究所和中科院研究生院，法國主要參加單位是巴黎六大、南特大學(xué)和法國國家科學(xué)研究中心。在實(shí)驗(yàn)過程中，高能物理所所長陳和生院士、國家天文臺(tái)副臺(tái)長郝晉新和歐洲核子研究中心CERN國際合作部主任Pauss教授等親自到21CMA基地慰問參加實(shí)驗(yàn)的中法兩國科學(xué)家。

　　TREND實(shí)驗(yàn)中方學(xué)術(shù)帶頭人是中法聯(lián)合“起源”實(shí)驗(yàn)室LIA的中方主任，法方學(xué)術(shù)帶頭人是中法粒子物理實(shí)驗(yàn)室FCPPL的法方主任。TREND實(shí)驗(yàn)的成功是兩個(gè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室合作的典范，將為推動(dòng)中法天體物理和粒子物理交叉學(xué)科的合作和發(fā)展起到十分積極的作用。

21CMA的部分東－西天線陣列（3km）

安置在21CMA陣列里的閃爍體探測(cè)器

TREND“蝴蝶”天線（三角形）圍繞21CMA的分布圖

TREND“蝴蝶”天線（三角形）圍繞21CMA的分布圖