高海拔宇宙線觀測站開建

今年7月，我國最新天文大科學(xué)裝置——“高海拔宇宙線觀測站”（LHAASO）項目在四川省稻城縣海子山開始基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，預(yù)計5年內(nèi)建成。項目預(yù)算高達(dá)12億元，是中國2012-2030年優(yōu)先規(guī)劃的16項重大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一。

中國的宇宙射線研究始于1951年，是建國初期最早建立起來的物理學(xué)研究課題之一，目前國內(nèi)宇宙射線研究的地面實驗主要在位于西藏念青唐古拉山腳下的西藏羊八井實驗宙線觀測站進(jìn)行。新的高海拔宇宙線觀測站將建在四川省甘孜州稻城縣海子山，平均海拔4410米，距離稻城亞丁機(jī)場10公里。該項目一旦建成，觀測站有效觀測面積將達(dá)到100萬平方米，觀測到的宇宙線能量覆蓋范圍從一億兆電子福特到一萬億兆電子福特，足以和南極的中微子天文臺、位于阿根廷的極高能宇宙觀測站相媲美。

有關(guān)宇宙線起源的研究將揭示超新星爆發(fā)、黑洞吸積等天文現(xiàn)象和宇宙起源，曾于2002年被美國國家科學(xué)研究委員會列為21世紀(jì)11個需要解答的宇宙相關(guān)問題。由于宇宙線中大部分都是帶電粒子，在傳播過程中會受到星際磁場而偏轉(zhuǎn)，到達(dá)探測器時早已失去了原初的方向信息，從而無法根據(jù)所探測到的宇宙線到達(dá)方向來反推出源的方向。而只有極高能粒子、不帶電的光子和中微子受磁場偏轉(zhuǎn)較小或者不受磁場的調(diào)制，能保留源的方向信息。

由于極高能粒子流強(qiáng)非常低，大約1 km^2 的面積經(jīng)過100 年才能收集到一個極高能事例，要得到足夠的統(tǒng)計量就需非常大的探測面積以及很長的探測時間。而中微子是弱相互作用粒子，與物質(zhì)發(fā)生相互作用的截面很小，非常難于探測，要探測到中微子就需要龐大的探測介質(zhì)。相比之下，探測γ 射線容易許多——高能γ 光子，有可能產(chǎn)生于強(qiáng)子過程，也可能產(chǎn)生于輕子過程。如果能譜測量能證明γ 產(chǎn)生于強(qiáng)子過程，就間接地找到了宇宙線源。

因此，要想解開宇宙線起源之謎，就需要發(fā)現(xiàn)足夠多的甚高能伽馬源樣本，對這些源作深度觀測、大范圍的能譜測量和盡可能寬廣的多波段觀測研究，分析其伽馬射線的輻射機(jī)制，進(jìn)而研究產(chǎn)生這些伽馬射線的宇宙線粒子的加速機(jī)制和宇宙線的傳播機(jī)制，而這就是建設(shè)高海拔宇宙線觀測站的目的所在。

西藏羊八井宇宙線國家野外科學(xué)觀測研究站

百億億次超算進(jìn)入研制階段

在神威太湖之光以近三倍于天河二號的運(yùn)算速度登頂世界超級計算機(jī)排行榜之后，在國家“十三五”高性能計算專項課題中，中科曙光、國防科技大學(xué)和江南計算技術(shù)研究所同時獲批進(jìn)行Ｅ級超算的原型系統(tǒng)研制項目。

E級超算是性能有多強(qiáng)呢？清華大學(xué)楊廣文教授曾比喻“神威·太湖之光”的計算能力：它計算一分鐘，相當(dāng)于全球72億人同時用計算器不間斷計算32年。而E級超級計算機(jī)的性能會是神威太湖之光的8倍，需要全球人用計算器計算250年。雖然目前三家各自做原型機(jī)研制，但由于只是原型機(jī)預(yù)研，而且E級超算是國家項目，所以也不排除三家合作建造E級超算的可能性，這樣可以整合國內(nèi)三家研制單位的技術(shù)優(yōu)勢，比如集合神威的處理器，國防科大的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，曙光的散熱設(shè)備和在應(yīng)用上的經(jīng)驗等。

目前，美國、歐洲、日本也啟動了各自的E級超算計劃。美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室計算科學(xué)部門主任、美國能源部E級超算項目硬件技術(shù)副主任John Shalf表示，美國計劃在2023年底開發(fā)完成2套E級超算系統(tǒng)，這2套系統(tǒng)必須滿足峰值性能至少是目前美國最快超算的50倍以上，功耗大約為20MW。歐洲IT4Innovations 捷克國家超算中心和德國斯圖加特超算中心也有計劃開發(fā)E級超算。雖然日本文部科學(xué)省發(fā)表了后續(xù)基本設(shè)計方針：“在發(fā)展方針中，日本文部科學(xué)省不再追求世界第一的計算速度，而是將目標(biāo)由加快計算速度轉(zhuǎn)向了加強(qiáng)節(jié)能及便捷功能”，但日本富士通也發(fā)布了PPT，宣稱要在2020年建成E級超算Post-K，而且新超算放棄了SPARC芯片，采用ARMv8指令集的芯片。不過，據(jù)消息稱，即便一切順利，Post-K問世的時間也要推遲的2021或2022年。

在100P超算競賽中，中國已然拔得頭籌，中國能否在E級超算的競爭中力壓美、歐、日，則交給時間檢驗了。

神威·太湖之光