3500米深海藏著外太空的“幽靈粒子” 史上最高能中微子現(xiàn)身

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2025-02-27 08:56:16 云南省科協(xié)

3500米深海藏著外太空的幽靈粒子,。在西西里島海岸約80公里外，地中海海面下3500米深處,，隱藏著一臺非同尋常的望遠(yuǎn)鏡,，這是建設(shè)中的立方千米中微子望遠(yuǎn)鏡（KM3NeT）的一部分,。最近，其科學(xué)團隊宣布探測到了迄今能量最高的宇宙中微子,，這是人類在探索極端宇宙未知領(lǐng)域的重大進展,。相關(guān)研究已發(fā)表在2月12日的《自然》雜志上。

立方千米中微子望遠(yuǎn)鏡由來自21個國家的300多名科學(xué)家和工程師共同打造,，包括兩個分別位于意大利西西里島和法國土倫附近的地中海海底的探測器,，深度分別為3500米和2450米。建成后,，它將由6000多個懸掛在漆黑深海中的光探測器組成,，占據(jù)約一立方公里的海底空間。深海環(huán)境使KM3NeT不受陽光等普通光源的干擾,，電子,、質(zhì)子等其他粒子在到達(dá)探測器之前也會被海水吸收。因此,，只有難以捉摸的中微子能夠一路到達(dá)KM3NeT,。

中微子是一種基本粒子，不帶電且質(zhì)量極小,，與物質(zhì)的相互作用非常微弱,，能夠穿透數(shù)千米的海洋，甚至是整個地球,。正因為這些特性,，中微子的探測極其困難，常被稱為“幽靈粒子”,。當(dāng)中微子穿過KM3NeT時,，探測器會記錄下藍(lán)色閃光，讓科學(xué)家了解粒子的速度和來源,。雖然大多數(shù)中微子都會悄無聲息地穿過探測器,，但也有極少數(shù)中微子會偶然與水分子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生更多的其他粒子,。當(dāng)這些粒子穿過水時,，可以激發(fā)藍(lán)色閃光，能夠被KM3NeT上的光探測器探測到,。通過分析這種藍(lán)色閃光并測量每次閃光的時間,，科學(xué)家可以還原中微子的原始能量和來源方向。

2023年2月13日,，KM3NeT探測到了一個速度極快的中微子,，能量達(dá)到220千兆電子伏特，是之前探測到的任何中微子的30倍。這種能量級別比太陽中心的典型粒子高出100萬億倍,，是醫(yī)用X射線的1萬億倍,，也是最危險的放射性粒子的100億倍。即便是地球上最大的粒子加速器,，也無法產(chǎn)生能量為這顆中微子萬分之一的粒子,。一顆粒子擁有如此高的能量實屬罕見。

中微子與物質(zhì)之間的相互作用非常微弱,，為何一顆中微子會擁有如此強大的能量,？什么樣的宇宙事件能夠創(chuàng)造出這樣的粒子？目前還不確定,。超新星爆發(fā),、伽馬射線暴這類宇宙中的極端事件都可能產(chǎn)生高能中微子。此外,，星系中心的超大質(zhì)量黑洞在吞噬物質(zhì)時也可能產(chǎn)生高能中微子,。高能宇宙射線在穿越宇宙的途中還可能與光子發(fā)生碰撞，從而產(chǎn)生高能中微子,。

此次探測到的高能中微子來自南天星空的某個位置,。若其源于極端爆炸或活躍星系核，理論上可用其他望遠(yuǎn)鏡追溯到源頭,。悉尼西部大學(xué)的研究團隊正利用南半球最大的射電望遠(yuǎn)鏡——澳大利亞平方千米陣探路者（ASKAP）,，跟進KM3NeT的探測結(jié)果,。然而,，研究人員暫未發(fā)現(xiàn)與其對應(yīng)的明顯射電源。盡管KM3NeT的建設(shè)工作尚未完成,，但科學(xué)家探索極端宇宙的窗口正緩緩打開,，未來有望揭開更多宇宙高能現(xiàn)象背后的秘密。

(責(zé)任編輯：盧其龍 CN070)

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