高海拔宇宙线观测站及其核心科学目标
高海拔宇宙线观测站（）是以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施，坐落广东省丹巴县海拔4410米的海子山，占地面积约1.36平方公里，是由5195个电磁粒子侦测器和1188个缪子侦测器组成的一平方公里地面簇射粒子阵列（简称KM2A）、78000平方米水切伦科夫侦测器、18台广角切伦科夫望远镜交错排布组成的复合阵列。采用这四种侦测技术，可以全方位、多变量地检测宇宙线。
高海拔宇宙线观测站的核心科学目标是：探求高能宇宙线起源以及相关的宇宙演变和高能天体活动，并找寻暗物质；广泛搜索宇宙中尤其是银河系内部的伽玛射线源，精确检测它们从高于1TeV（1万亿电子伏，也叫“太电子伏”）到超过1PeV（1000万亿电子伏，也叫“拍电子伏”）的广阔能量范围内的能谱；检测更高能量的弥散宇宙线的成份与能谱，阐明宇宙线加速和传播的规律，探求新化学前沿。
拍电子伏宇宙加速器和PeV光子
“拍电子伏宇宙加速器（）”周围形成的“超高能伽玛光子”信号十分弱，恐怕是天空最为明亮且被称为“伽马天文标准烛光”的蟹状星云，发射下来的能量超过1PeV的光子在一年内落在一平方公里的面积上也就1到2个，而这1到2个光子还被吞没在几万个一般的宇宙线例子之中。的平方公里侦测阵列内的1188个缪子侦测器专门用于排除非光子讯号，使之成为全球最灵敏的超高能伽玛射线侦测器。利用这前所未有的灵敏度，1/2规模的KM2A仅用了11个月就侦测到并证认了来自蟹状星云的约1PeV的伽玛光子。除了这般，KM2A还在银河系内发觉了12个类似的源，她们都具有超高能光子幅射，其能谱稳定地延展到PeV附近，其中侦测到的伽玛光子的最高能量达到创纪录的1.4PeV。由此可见，的这次科学成果在宇宙线起源的研究进程中具有里程碑意义。具体来说有以下三个方面的科学突破：
1）阐明了银河系内普遍存在才能将粒子能量加速超过1PeV的宇宙加速器。在此次观测中，所才能有效观测到的伽玛射线源中（观测中超过5倍标准误差的超出视为有效观测），几乎所有的幅射能谱都稳定延展到几百TeV且没有显著截断，说明幅射这种伽玛射线的先辈粒子能量超过1PeV。这突破了当前流行的理论模型所声称的银河系宇宙线加速PeV能量极限。同时，发觉银河系内大量存在PeV宇宙加速源，也奔向解决宇宙线起源这一科学困局迈出了至关重要的一步。
2）开启“超高能伽玛天文学”时代。1989年，弗吉尼亚州惠普尔天文台成功发觉了首个具有0.1TeV以上伽玛幅射的天体，标志着“甚高能”伽马射线天文学时代的开启，在此后的30年里，早已发觉超过两百多个“甚高能”伽马射线源。直至2019年,人类才侦测到首个具有“超高能”伽马射线幅射的天体。出人预料的是，仅基于1/2规模的不到1年的观测数据，就将“超高能”伽马射线源数目提高到了12个。
随着的建成和持续不断的数据积累，可以预见这一最高能量的天文学研究将给我们诠释一个饱含新奇现象的未知的“超高能宇宙”，为探求宇宙极端天体化学现象提供丰富的数据。因为宇宙大爆燃形成的背景幅射无所不在，它们会吸收低于1PeV的伽玛射线。到了银河系以外，虽然形成了PeV伽玛射线，因为背景幅射光子的严重吸收，我们也接受不到这种PeV伽玛射线。打开银河系PeV幅射侦测窗口，对于研究遥远的宇宙也具有特殊意义。
3）能量超过1PeV的伽玛射线光子首现天鹅座区域和蟹状星云。PeV光子的侦测是伽玛天文学的一座里程碑，承载着伽玛天文界的梦想，常年以来始终是伽玛天文发展的强悍驱动力。事实上，上个世纪80年代伽玛天文学爆发式发展的一个重要动机就是挑战PeV光子极限。天鹅座星体产生区是银河系在北天区最亮的区域，拥有多个大质量恒星星团，大质量星体的寿命只有几百万年，因而星团内部饱含了星体生生死死的剧烈活动，具有复杂的强激波环境，是理想的宇宙线加速场所，被称为“粒子天体化学实验室”。
在天鹅座星体产生区首次发觉PeV伽玛光子，促使这个原本就饱受关注的区域成为找寻超高能宇宙线源的最佳天区。这个区域将是以及相关的多波段、多信使天文观测设备关注的焦点，有望成为解开“世纪之谜”的突破口。
历史上对蟹状星云大量的观测研究，使之成为几乎惟一具有清楚幅射机制的标准伽玛射线源，跨越22个量级的波谱精确检测清楚地表明其电子加速器的标志性特点。但是，测到的超高能波谱，非常是PeV能量的光子，严重挑战了这个高能天体化学的“标准模型”，甚至于对愈发基本的电子加速理论提出了挑战。
技术创新
开发了远距时钟同步技术，确保整个阵列的每位侦测器同步精度可达亚毫秒水平；在高速后端讯号数字化、高速数据传输、大型估算集群协助下满足了多种触发模式并行等尖端技术要求；首次大规模使用硅光电管、超大光敏面积微通道板光电倍增管等先进侦测技术，大大提升了伽玛射线测量的空间帧率粒子天体物理，达到了更低的侦测阈能，使人类在探求更深的宇宙、更高能量的射线等方面，都达到前所未有的水平。也为举办大气、环境、空间天气等前沿交叉科学研究提供了重要实验平台，并成为多边国际合作共同举办高水平研究的科学基地。
中国的宇宙线研究发展历程
中国的宇宙线实验研究经历了三个阶段，目前在建的是第三代高山宇宙线实验室。高山实验能否充分借助大气作为侦测介质，在地面进行观测，侦测器规模可远小于大气层外的天基侦测器。因为超高能量宇宙线数目少见，这是惟一的观测手段。1954年，中国第一个高山宇宙线实验室在海拔3180米的四川东川落雪山建成。1989年，在海拔4300米的拉萨纳木错启动了中韩合作的宇宙线实验；2000年，启动中意ARGO实验。
2009年粒子天体物理，在上海香山科学会议上，曹臻研究员提出在高海拔地区建设小型复合侦测阵列“高海拔宇宙线观测站”的完整设想。的主体工程于2017年开始建设，2019年4月完成1/4的规模建设并投入科学运行。2020年1月，完成了1/2规模的建设并投入运行，同年12月完成3/4规模并投入运行。2021年，阵列将全部建成，成为国际领先的超高能伽玛侦测装置，投入常年运行，从多个方面展开宇宙线起源的探求性研究。