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国家“十二五”大科学装置“高海拔宇宙线观测站（LHAASO）”的探测器阵列堪称巨大，不但有覆盖面积达1平方公里的地面簇射粒子探测器阵列（包括5195个电磁粒子探测器、1171个缪子探测器），还有3000个单元探测器组成的水切伦科夫探测器阵列，以及12台广角切伦科夫望远镜。 注意到了么？后两项都与“切伦科夫”有关。其实，第一项中缪子探测器采用的也是水切伦科夫技术。可见，收集切伦科夫光已成为LHAASO采用的主要探测手段之一。
LHAASO-12台广角切伦科夫望远镜效果图 何为切伦科夫光？这个以前苏联物理学家切伦科夫命名的物理效应是怎么被发现的呢？关注一下“切伦科夫”，还挺有故事的。其实，他就比别人细心了一点点，结果发现了切伦科夫效应，为此还获得了诺贝尔物理学奖！ 切伦科夫（P.A. Cherenkov）1904年出生于俄罗斯南部的沃罗涅兹地区。1928年，他从沃罗涅兹大学的数理系毕业，1930年进入苏联科学院列别捷夫物理研究所，1932年起在苏联科学院院士瓦维洛夫（S.I.Vavilov）领导下工作。
切伦科夫在实验中发现，镭放射源发出的粒子穿透高折射率的液体或固体介质时，介质中会产生一种独特的光效应，在透明介质中产生的这种微弱的可见光通常为浅蓝色。其实，在此之前已有人观察到辐射粒子穿过液体时会出现微弱的浅蓝色辉光，但他们都把它归结为荧光。 然而，切伦科夫不太相信这只是荧光现象。他仔细观察辐射粒子穿过经两次蒸馏的水中的实验，排除水中微小杂质会产生荧光的可能性。他发现，辐射粒子沿入射方向被极化了，辐射粒子所产生的快速次级电子才是出现浅蓝色可见光的根本原因。 1934年，切伦科夫在《苏联科学院院报》上发表的论文给出了这种新发现效应的一般性质，但未对这一效应进行严密的数学描述。这种效应后来被命名为“切伦科夫效应”。
1937年，切伦科夫的两位同事，弗兰克（I.M. Frank）和塔姆（I.Y. Tamm）联名对切伦科夫效应给出了理论解释和严格的数学描述。他们的理论导致了切伦科夫效应的各种不同应用，特别是在核物理和高能物理研究方面得到了广泛的应用。切伦科夫、弗兰克和塔姆因此共同分享了1958年度诺贝尔物理学奖。
利用切伦科夫效应可以做成切伦科夫计数器，用于记录带电粒子所发出的微弱切伦科夫光。20世纪50年代，随着灵敏且具快速响应的光电倍增管的应用，切伦科夫光的利用成为极有影响的技术。
切伦科夫计数器由产生切伦科夫光的辐射体和探测这种光的光电倍增管组成，它能把单个粒子引起的闪光记录下来。玻璃、水、透明的塑料均可用作辐射体。当粒子以大于光在该介质中的速度进入时，就发生切伦科夫效应，然后用光电学方法检测。当粒子种类已知时，一定的发射角对应一定的粒子能量，可探测加速器或宇宙线中的高能电子、质子、介子及高能γ射线。气体产生的切伦科夫光强度比固体或液体小，但由于它的折射率小，可用来探测更高速度的粒子。切伦科夫光效应的持续时间仅10-10秒，与快速光电倍增管配合，切伦科夫计数器有很高的时间分辨率。
对宇宙射线研究特别有用的切伦科夫探测器最早出现在伦敦，随后用在英国约克郡设置的哈佛拉公园（Haverah Park）探测器阵列中，取得了极好的工作效果。这些探测器由1.2米深的封闭大水柜构成。光电倍增管浸泡到水下进行监视。当空气簇射通过时，电磁成分主要在顶部三分之一的水中产生切伦科夫光，但整个水柜都对贯穿能力更大的μ子很敏感。由电磁成分与μ子成分的信号联合起来形成一个检测信号。LHAASO的缪子探测器和水切伦科夫探测器阵列采用的技术一定程度上与此类似。
高能粒子在大气中也能产生切伦科夫光。空气折射率虽接近1（在海平面约为1.00027），但如果粒子能量较高（对电子来说约高于20 MeV），则空气簇射中的许多粒子都能产生切伦科夫光。大气切伦科夫光相当微弱（还是因为空气折射率接近于1），但簇射中的粒子很多，用大反光镜把光集中起来，在晴朗无月光的夜晚也能较容易地探测到切伦科夫光，这便是LHAASO的12台广角切伦科夫望远镜的大致工作原理。 |
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