科學探索：海底的中微子望遠鏡

在地中海西北部的海底，懸浮著126個(ge) 足球大小的玻璃球，它們(men) 就在法國和意大利的海域附近。這些玻璃球可以利用海水構建出一台天文望遠鏡，尋來自找暗能量、超新星和中子星碰撞產(chan) 生的信號。當然，這些玻璃球僅(jin) 僅(jin) 是“立方千米中微子望遠鏡”（Kilometer Cube Neutrino Telescope，KM3NeT）項目部署的第一批玻璃球。

該項目的主要目標是尋找一種基本粒子：中微子。它不帶電，幾乎沒任何質量。瓦爾特·溫特（Walter Winter，未參與(yu) 該研究）是德國電子同步加速器研究中心（German Electron Synchrotron research center）的中微子天體(ti) 物理學家，他說：“和宇宙射線不同，中微子不受星際空間的磁場作用，這使它可以成為(wei) 一種獨特的信使。中微子攜帶的信息非常有用，可以與(yu) 電磁輻射和引力波攜帶的信息互為(wei) 補充。”

中微子幾乎不與(yu) 其他粒子發生相互作用，能夠直接穿過大部分物質。這種幽靈般的特性使其成為(wei) 了理想的天文學研究對象。KM3NeT項目占據了法國和意大利共1立方千米（相當於(yu) 40萬(wan) 個(ge) 奧運會(hui) 遊泳池）的海域，海域內(nei) 將部署6000多個(ge) 玻璃球，每個(ge) 玻璃球內(nei) 都有31個(ge) 非常敏感的光電倍增管探測器，它們(men) 能把周圍的海水變成巨型的透鏡。這些玻璃球由多根線纜固定，線底部固定在海床上，線頂部固定在浮子上，由此保障線纜緊繃。

帕斯卡爾·誇勒（Paschal Coyle）是法國馬賽粒子物理研究中心（Marseille Particle Physics Center）的物理學家，也是這個(ge) 項目在物理和軟件工程方麵的負責人。他說：“即便有100萬(wan) 個(ge) 中微子來到這裏，可能也隻有一兩(liang) 個(ge) 會(hui) 與(yu) 海水中氫原子或氧原子的誇克發生作用。不過，由於(yu) 宇宙中微子具有很高的能量，上述作用會(hui) 釋放出運動速度極快的帶電粒子”。

這些粒子在水中的運動速度比光在水中的速度還快，能夠產(chan) 生一種特殊的效應，類似噴氣式飛機以超音速飛行時引發的音爆。這個(ge) 過程會(hui) 釋放微弱的射線（即契倫(lun) 科夫輻射），海底布置的傳(chuan) 感器恰好能探測到這些信號，研究人員以此就能確定中微子的能量和運動方向。

在許多中微子天文望遠鏡中，“KM3NeT是獨一無二的。特別值得說明的是，由於(yu) 尺寸巨大，它能以迄今為(wei) 止最高的分辨率探測來自南半球天空的中微子，包括中微子的能量和方向。”溫特說。

這套設備在法國境內(nei) 的工程計劃於(yu) 2024年完工，可用於(yu) 探測宇宙射線與(yu) 地球大氣層相互作用時產(chan) 生的低能量中微子。當這些粒子穿過地球時，能夠以類似X射線的方式提供地球內(nei) 部的一些信息。在意大利境內(nei) 的工程計劃於(yu) 2026年完工，將用於(yu) 探測離我們(men) 很遠的宇宙中微子，這類中微子主要是由恒星死亡或高密度暗能量相互碰撞時釋放的。

有趣的是，這些望遠鏡朝海底方向探測時最清晰，因為(wei) 地球恰好充當擋箭牌，過濾掉了那些源源不斷轟擊地球的宇宙輻射，以及其中的背景粒子。中微子是目前已知唯一可以穿透地球的粒子。

撰文：達南傑·卡迪爾卡（Dhananjay Khadilkar）

翻譯：張哲

文章來源：環球科學

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