浙江
一项突破性的发现震撼了中微子天文学领域——科学家利用 KM3NeT 望远镜探测到了一个超高能中微子，其能量是大型强子对撞机最强碰撞的 16000 倍。
KM3NeT/ARCA观测到的超高能中微子事件的视觉效果。颜色表示每个模块上的“眼睛”所看到的光，不同的颜色代表不同的观测时间。粒子几乎水平重建的轨迹显示为一条从左到右的线。图片来源：KM3NeT合作组
这些难以捉摸的“幽灵粒子”让我们得以一窥宇宙中最极端的事件，这些事件可能源自超大质量黑洞或灾难性的超新星。探测到这种中微子（可能是宇宙成因中微子）或许能揭开宇宙射线加速和塑造宇宙的基本力的新秘密。然而，我们仍需要进行更多探测才能确定其真正的起源并确认其重要性。
2023年2月13日，一个由来自德国波恩马克斯·普朗克射电天文学研究所的天文学家组成的国际科学家团队，利用KM3NeT望远镜探测到了一个能量创纪录的中微子。这座深海观测站直径达一公里，捕捉到的信号能量比欧洲核子研究中心大型强子对撞机有史以来产生的最强粒子碰撞还要高出16000倍。
一组数字光学模块，后来成为地中海KM3Net中微子望远镜的一部分。图片来源：KM3NeT合作组织
中微子是宇宙中最难以捉摸的粒子之一。它们几乎没有质量，不带电荷，也很少与物质相互作用。“它们是特殊的宇宙信使，揭示了宇宙中能量最强现象的秘密，”时任KM3NeT副发言人的罗莎·科尼利奥内说道。
由于中微子穿过大多数物质时无法被探测到，KM3NeT 依靠海水作为探测介质。很快，该观测站的规模将达到数立方公里，这将大大提高其灵敏度。当高能中微子与水中的原子核相互作用时，会产生一个μ子——电子的较重近亲，带有负电荷。μ子运动速度极快，会产生一个光锥，即切伦科夫辐射，类似于超音速喷气式飞机产生的音爆。
KM3NeT 望远镜的设计初衷就是探测这种光。该望远镜由 230 根垂直的线组成，每根线包含 18 个球形光学模块，形似项链上的珍珠。每个模块内部有 31 个光电倍增管，可以放大来自各个方向的哪怕是最微弱的闪光。这些仪器使科学家能够追踪难以捉摸的中微子并揭示其起源，从而揭示宇宙中一些最强大的宇宙事件。
KM3NeT 目前正在探测来自极端天体物理事件的中微子，探索此前未知的能量范围。“首次探测到数百PeV范围内的中微子，开启了中微子天文学的新篇章，”探测时担任 KM3NeT 发言人、法国国家科学研究中心 IN2P3 研究员的 Paschal Coyle 说道。1 千兆电子伏特 (PeV) 相当于 10^ 15或 1 千万亿电子伏特。
核心问题是撞击地球并在其海洋或大气中发生反应的高能粒子来自哪里。
马克斯普朗克射电天文学研究所的尤里·科瓦列夫说：“通过添加其他望远镜的观测结果，我们试图将宇宙射线的加速、中微子的产生以及超大质量黑洞在塑造这些能量现象中的作用联系起来。”
除了超大质量黑洞环境外，超新星爆发也是强大宇宙粒子加速器的候选对象之一。目前测量到的高能中微子可能直接来自这样的加速器，也可能是首次探测到宇宙成因中微子。
当其他宇宙粒子与宇宙微波背景的微弱光发生反应时，可能会产生宇宙成因中微子，从而产生高能中微子。然而，由于目前仅测量到过一次能量高达数百PeV的事件，其起源仍不确定。为了了解更多信息，研究人员需要探测更多此类事件。
来自太空的高能粒子并不是什么新鲜事
一个尺寸稍小、设计相同的中微子望远镜——安塔瑞斯（Antares），也测量了来自太空的高能中微子。此外，还有许多其他富有创意的实验捕捉到了来自太空的粒子轰击。例如，阿根廷的皮埃尔·奥格天文台也测量了切伦科夫辐射。然而，在这种情况下，宇宙粒子中的始作俑者是质子，它们撞击地球大气层，并在大气层中引发次级粒子级联。在此过程中产生的μ子并非在海水中探测到，而是在分布在阿根廷潘帕斯草原上的1600多个水箱中探测到。
编译自/ScitechDaily
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