中国高海拔宇宙线观测站LHAASO“十四五”期间的重大科技基础设施,瞄准了宇宙线起源等核心科学问题。作为LHAASo核心建设单位之一,西南交通大学依托本校物理国家级教学示范中心和粒子天体物理实验室,自主研发了高海拔宇宙线探测虚拟仿真实验,本实验紧密结合国家重大科技技术成果,将复杂实验具象化,引导学生解决宇宙线探测等复杂科学问题,特色鲜明,推广国家重大前沿科研成果,推进教育现代化做出贡献。
实验简介:宇宙线是来自实验空间的高能粒子。宇宙线含有多种成分,其中90%为质子,氢氦和其它重核不超过10%。电子成分不超过1%能量高于1兆电子伏特的光子占比在0.1%-1%之间。宇宙线的起源,传播和加速等基本问题是当前天体物理学及相关交叉学科前沿研究领域。高海拔宇宙线观测站(Large Hight Altitude Air Shower Observatory,LHAASo)是十四五期间的国家重大科学基础设施项目,总投资12亿元,2021年全面建成,将成为多国参与合作研究的国际高海拔宇宙线研究中心。LHAASO由1.3k㎡的平方公里探测器阵列(Kilometer Square Array,KM2A)、7800㎡的水切伦科夫阵列(Water Cherenkov Detector Array,WCDA)和总共18台的广角切伦科夫望远镜阵列(Wide Field-of-view Cherenkov Telescoper Array,WFCTA)三种探测器阵列构成,可以探测1011 eV到1015eV的伽马线和1013eV 到1018eV的宇宙线,极大地提高了伽马射线和宇宙线的测量精度。2021年5月LHAASO发布了首批重大科技成果:发现了拍电子伏(1015eV)超高能伽玛射线源,开启了超高能伽马天文新时代!LHAASO宇宙线探测技术是高校培养复合型人才的重要教学内容,但LHAASO实验条件苛刻、成本高昂,难以在高校实验室开展教学。
在消化吸收LHAASO科研技术和成果的基础上,西南交通大学教学团队自主研发了该虚拟仿真实验。本课程对宇宙线的广延大气簇射过程,三大探测器阵列(WFCTA、WCDA,KM2A)探测宇宙线的原理和过程,及数据采集与处理进行了虚拟仿真。本课程具象化了宇宙线物理概论及探测技术,提供了沉浸式,趣味性全过程实验体验,加深学生对物理思想和科技前沿技术的理解,增强其民族自信心和自豪感,本课程对人才培养,全明科普教育等具有重要意义,有利于激励更多的人才投身到祖国的基础研究事业。
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