阿拉弗拉海底的一级中微子探测器

日期:2019-09-30编辑作者:科研机构

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中微子也许并不能真的超越光速,但它们的确是一种非常独特的粒子。中微子与其他物质之间的作用非常微弱,使得它们可以几乎毫无阻碍的穿过地球和我们的身体,以及周围所有的一切。如果把高能电子射向一片几厘米厚的金属,电子会与金属原子中的其他粒子碰撞,损失掉绝大部分能量,释放出其他亚原子粒子来,而要截住同样能量的中微子,恐怕需要一光年厚的重金属才行。

来自深空的高能中微子,被称为“天体物理中微子”,大多是宇宙中那些异常剧烈的高能过程的产物,例如伽玛射线暴、耀变体和类星体,星系中心的黑洞等。它们可能携带着这些宇宙的暴乱中心的信息,所以科学家们希望通过观测中微子来了解那些高能天体。高能宇宙射线虽然也来自于同样的天体,但会受到银河系、太阳和我们地球本磁场的作用而使得路线弯折,无法根据它们飞来的方向追踪来源,而中微子不受磁场作用,可以帮忙重构出宇宙射线来到地球的路线。

由于中微子和其他物质之间作用微弱,欧洲科学家计划在地中海底建造巨大的探测器,利用大量的海水来捕捉中微子。这是一个由10个国家的40个科研机构合作开展的项目,新的探测器叫做KM3NeT,计划将占据3立方千米的水下空间。探测器由安装在水下高塔上的37200个光电倍增管组成。当中微子与原子核碰撞时,可能产生μ子,其在水中运动会发出切伦科夫辐射,光电倍增管即可以捕捉到这样的闪光。

此前,科学家在南极冰盖中建成了类似的大型中微子探测器IceCube ,在运行的第一年中,IceCube 虽然探测到了许多大气中微子,却没有找到来自于宇宙的中微子。KM3NeT探测的中微子方向和IceCube 意图探测的中微子方向恰好相反。且KM3NeT比占据空间1立方千米的IceCube 更巨大,因此科学家希望它能找到IceCube 所未能发现的宇宙中微子。另外,KM3NeT的光电倍增管不是像IceCube 中连成一串,而是分批装在球形的光学模组中,可以更好的判断中微子的方向。当然,也有科学家认为,并非有了更大的探测器就能解决宇宙中微子失踪的问题。

虽然KM3NeT的光电倍增管组建已经开始制造,但所需的资金尚未全部到位,设计方案也还没完全确定,可能是整个的系统,也可能分成几块置于地中海的不同位置。

物理学家们也在和海洋生物学家们合作,KM3NeT的光电倍增管也可以监测海洋中的发光生物,而对发光生物的研究也有助于排除它们对探测结果的干扰。另外在塔上安装水下听音器也可以用来监听鲸类的活动。

除此之外,如果KM3NeT的确能达到设计的能量范围,那它还可能探测到神秘的磁单极子以及暗物质粒子。

刊物: popsci网站12月14日
导读者: 韩晶晶
原文: 请看这里
图片: Marco Kraan/Property KM3NeT Consortium

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