今天出版的Science雜志刊登封面文章,，“冰立方”中微子天文臺找到耀變體發(fā)射超高能中微子的證據(jù),。

冰立方（（IceCube）是美國設在南極洲極點處的中微子天文臺,。它由分布在1立方公里內的86串光傳感器（光電倍增管）構成，每串60個,，位于冰層下1450米到2450米,。當高能中微子被冰俘獲，產(chǎn)生帶電粒子,，穿過傳感器陣列,，將產(chǎn)生切倫科夫光，從而被探測到,。

（IceCube）

2017年9月22日,，冰立方探測到一個能量為290TeV的中微子。作為對比,，目前能量最高的加速器——歐洲核子研究中心的大型強子對撞機,，只能把粒子加速到7TeV。

冰立方的主要科學目標是通過中微子尋找高能宇宙射線的起源,。為此,，它建立了一個預警網(wǎng)絡，對每個超高能中微子,，實時重建出其方向,，發(fā)布給其它望遠鏡,，以便通過射電、光學,、伽瑪?shù)炔ǘ斡^測對應的天體活動,。觀測到這個中微子后43秒，自動預警信息發(fā)出,。4小時后伽瑪射線協(xié)作網(wǎng)發(fā)出通知,。

290 TeV的中微子（Science 361，146（2018））

剛開始,，幾個天文臺并沒有看到任何反常信號,。6天后，費米衛(wèi)星首先報告,，在冰立方給的方向僅相差0.1度的地方,，有個一個月前就開始閃耀的耀變體，開始變得特別明亮,。很快,，十幾臺射電、光學,、伽瑪望遠望也觀察到了顯著信號,，比如大西洋上的MAGIC大氣切倫科夫望遠鏡。

高能宇宙線起源之謎

耀變體（Blazar）是活動星系核的一種,，是由星系中央的巨大黑洞吸積大量物質而產(chǎn)生劇烈天文現(xiàn)象,。黑洞將吸積物質的引力能，或者黑洞的轉動能量,，轉化為強大的相對論噴流,。如果噴流指向我們的視線，就構成耀變體,。

高能宇宙線的起源是百年之謎,，我們既不知道它們從哪兒來，也不知道其加速機制,。人們猜測它的來源可能包括中子星、伽瑪射線暴,、極端超新星,、活動星系核等。

在耀變體噴流中,，帶電粒子可以加速到極高能量,。由于帶電粒子受宇宙中磁場的偏轉，當它們到達地球時,，我們并不知道它們來自何處,。也許它們已在銀河系中旋轉了幾十圈,，才飄飄蕩蕩地抵達地球。被噴流加速的質子或者核,，與物質相互作用時能產(chǎn)生高能介子,，最終衰變成光子和中微子，而中微子是不受磁場干擾的,，能夠直指源頭,。看到290TeV的中微子,，意味著耀變體噴流可以產(chǎn)生至少幾萬TeV的質子和核,，很可能就是宇宙中能量最高的粒子的出生地。

耀變體（Courtesy： A Marscher,， PhysicsWorld）

謎底解開了嗎,？

實際上2016年冰立方就報道了活動星系核與高能中微子的關聯(lián)，相關性為95%,，從嚴格的科學標準來看并不夠高,，因此存在爭議。

在發(fā)現(xiàn)這個中微子后,，冰立方重新檢查了以前的數(shù)據(jù),，在這個方向上又找到一些中微子，使相關性達到了99.9%,，約為3.5倍標準偏差,。不過離科學發(fā)現(xiàn)的5倍標準偏差標準還差一點。

冰立方計劃近期開始升級,，將體積增大10倍,。即便現(xiàn)在的結果不足以讓人信服，未來也肯定能毫無爭議地確定答案,。

有意思的是,，冰立方也可以在其中心一小塊區(qū)域加大光傳感器的密度，更準確地探測大氣中微子,，從而確定中微子的質量順序（這個實驗稱為PINGU）,，而這是建設中的江門中微子實驗的主要科學目標之一。假如PINGU實驗得到高優(yōu)先權的話,，將是江門實驗最有力的競爭對手,。不過項目團隊經(jīng)過曠日持久的討論，將優(yōu)先權放在了擴大冰立方陣列上,。畢竟,，質量順序有多個實驗可以做，而冰立方只有一個,。

歪打正著的理論家

冰立方與引力波天文臺LIGO是美國科學基金委支持的兩大項目,。跟LIGO幾個不著調的倡議者一樣，冰立方天文臺的創(chuàng)建者弗朗西斯·赫爾任（Francis Halzen）也是理論家,。他曾說,，假如他有點實驗經(jīng)驗的話，就不會提出做冰立方實驗,，因為他不知道一般冰中會有大量氣泡,，光子散射非常嚴重，導致無法重建出中微子的方向,?？墒菍嶒灲ǔ珊螅鋈艘饬系匕l(fā)現(xiàn)南極地底的冰跟別處不一樣,，上萬年的壓力將冰壓得非常密實,，光散射問題比預想要好得多。

赫爾任顯然是未來諾貝爾獎的有力候選者,，希望他能長壽,。

附：高能中微子：窺見遠古宇宙（弗朗西斯·赫爾任著，曹俊譯）

http://xw.xinhuanet.com/news/detail/221349/

附2016年新聞：

超高能中微子的銀河系外之“家”獲證實

或將開啟中微子天體物理學新時代

科技日報北京4月20日電（記者劉霞）德國科學家領導的國際科研團隊在最新一期《自然·物理學》雜志報告稱,，位于南極冰層下的中微子探測器“冰立方（IceCube）”曾在2012年發(fā)現(xiàn)了超高能中微子,，現(xiàn)在，他們首次為其找到了一個位于銀河系外的源頭,，這一重大發(fā)現(xiàn)有可能開啟中微子天體物理學的新時代,。

中科院高能物理研究所曹俊研究員對科技日報記者解釋稱，在宇宙大爆炸時期,，中微子是產(chǎn)生得最多的粒子之一,，現(xiàn)今仍大量產(chǎn)生于恒星內部的核反應，以及宇宙射線撞擊地球大氣層的過程,。

中微子的質量非常小,，不帶電，很少與其他物質相互作用,，很難被探測到,。不過，在極少情況下,，中微子會撞到原子,，產(chǎn)生能發(fā)出一種藍色閃光的帶電粒子，像電子或繆子,，這種藍色閃光能被“冰立方”探測到。

2012年,，“冰立方”發(fā)現(xiàn)了有史以來能量最高的中微子,，其能量高達2000萬億電子伏特,，這比大型強子對撞機產(chǎn)生的高能質子還要高300倍，如此高能量的中微子應來自極高能量的宇宙線粒子的碰撞過程,。在過去幾年中,，科學家一直在搜尋可能產(chǎn)生它們的奇異天體活動。

最近,，科學家們對來自距離地球90億光年之外的“PKSB1424-418”活動星系產(chǎn)生的射電和伽馬射線數(shù)據(jù)進行了分析,。結果表明，中微子和活動星系爆發(fā)在時間和方向上一致,，由此,，推斷出中微子可能來自此銀河系外活動星系的爆發(fā)，使其成為首個擁有銀河系之外源頭的超高能中微子事件,。

南京大學天文與空間科學學院王祥玉教授接受采訪時表示：“盡管目前科學家們還不能排除巧合,，無法100%確信這一中微子來自此活動星系，但高達95%的相關性是迄今最高的,。最新研究表明,，可能有一部分中微子來自銀河系外的活動星系，有助于科學家們進一步厘清高能中微子的來源,?！?/p>