2025-02-24 16:42:06
立方千米中微子望远镜（KM3NeT）效果图
在西西里岛海岸约80公里外，地中海海面下3500米深处，隐藏着一台非同寻常的望远镜，它是建设中的立(lì)方(fāng)千(qiān)米(mǐ)中(zhōng)微(wēi)子(zi)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)（缩(suō)写(xiě)：KM3NeT）的(de)一(yī)部(bù)分(fēn)。
最(zuì)近(jìn)，其(qí)科(kē)学(xué)团(tuán)队(duì)已(yǐ)经(jīng)宣(xuān)布(bù)，探(tàn)测(cè)到(dào)了(le)迄(qì)今(jīn)能(néng)量(liàng)最(zuì)高(gāo)的(de)宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)微(wēi)子(zi)，这(zhè)是(shì)人(rén)类(lèi)在(zài)探(tàn)索(suǒ)极(jí)端(duān)宇(yǔ)宙(zhòu)未(wèi)知(zhī)领(lǐng)域的(de)重(zhòng)大(dà)进(jìn)展(zhǎn)。相(xiāng)关研(yán)究(jiū)已(yǐ)经(jīng)发(fā)表(biǎo)在(zài)2月(yuè)12日(rì)的(de)《自(zì)然(rán)》杂(zá)志(zhì)上(shàng)。
深(shēn)海(hǎi)中的巨型探测器
立方千米中微子望远镜（KM3NeT）是由来自21个国家（包括中国）的300多名科学家和工程师共同打造的巨型深海望远镜。望远镜包括两个探测器，分别位于意大利西西里岛和法国土伦附近的地中海海底，深度则分别达到3500米和2450米。
KM3NeT布放在海底的光探测器
建成后，它将由6000多个悬挂在漆黑深海中的光探测器组成，占据约一立方公里的海底空间。
在深海中，KM3NeT不受阳光等普通光源的干扰，电子、质子等其他粒子在到达探测器之前也会被海水吸收。在已知的所有粒子中，只有(yǒu)难(nán)以(yǐ)捉(zhuō)摸(mō)的(de)中(zhōng)微(wēi)子(zi)能(néng)够(gòu)一(yī)路到(dào)达(dá)KM3NeT。
这(zhè)就(jiù)是(shì)为(wèi)什(shén)么(me)KM3NeT要(yào)放(fàng)在(zài)海(hǎi)底(dǐ)的(de)原(yuán)因(yīn)：为(wèi)了(le)接收到中微子，而且只能(néng)接(jiē)收(shōu)到(dào)中(zhōng)微(wēi)子(zi)。
中(zhōng)微(wēi)子(zi)：神(shén)秘(mì)的(de)“幽(yōu)灵(líng)粒(lì)子(zi)”
中(zhōng)微(wēi)子(zi)是(shì)一(yī)种(zhǒng)基(jī)本(běn)粒(lì)子(zi)，不(bù)带(dài)电(diàn)，质(zhì)量(liàng)极(jí)小(xiǎo)。它(tā)与(yǔ)物(wù)质(zhì)的(de)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)非(fēi)常(cháng)微(wēi)弱(ruò)，能(néng)够穿透数千米的海洋，甚至是整个地球。正因为它的这些特性，中微子的探测极其困难，常被科学家称为“幽灵粒子”。
当中微子穿过KM3NeT时，探测器会记录下蓝色闪光，让科学家了解粒子的速度和来源。
实际上，大多数中微子都会悄无声息地穿过探测器。但也有极少数中微子会偶然与水分子发生碰撞，同时产生更(gèng)多(duō)的(de)其(qí)他(tā)粒(lì)子(zi)。当(dāng)这(zhè)些(xiē)粒(lì)子(zi)穿(chuān)过水时(shí)，可(kě)以(yǐ)激(jī)发(fā)蓝(lán)色(sè)闪(shǎn)光(guāng)，能(néng)够(gòu)被(bèi)KM3NeT上(shàng)的(de)光(guāng)探(tàn)测(cè)器(qì)探(tàn)测(cè)到(dào)。
通(tōng)过(guò)分(fēn)析(xī)这(zhè)种(zhǒng)蓝(lán)色(sè)闪(shǎn)光(guāng)，并(bìng)测(cè)量(liàng)每(měi)次(cì)闪(shǎn)光(guāng)的(de)时(shí)间(jiān)，科(kē)学(xué)家(jiā)可(kě)以(yǐ)还(hái)原(yuán)中(zhōng)微(wēi)子(zi)的(de)原(yuán)始(shǐ)能(néng)量(liàng)和(hé)来(lái)源(yuán)方(fāng)向(xiàng)。
惊(jīng)人(rén)发(fā)现(xiàn)：史(shǐ)上(shàng)最(zuì)高(gāo)能(néng)中(zhōng)微(wēi)子(zi)
2023年(nián)2月(yuè)13日，KM3NeT探测到了一(yī)个速度极快的中微子，能量达到220千兆电子伏特，能量是之前探测到的任何中微子的30倍。
这种能量级别是一个什么概念呢？它比太阳中心的典型粒子高出100万亿倍，是医用X射线的1万亿倍，也是最危险的放射性粒子的100亿倍。即便是地球上最大的粒子加速器，也无法产生能量为这颗中微子万分之一的粒子。
简而言之，一颗粒子拥有如此高的能量，实属罕见。
看到这里，你一定非常好奇，中微子与物质之间的相互作用非常微弱，为什么一颗中微子会拥有如此强大的能量？什么样的宇宙事件能够创造出这样的粒子？
答案是：我们还不确定。超新星爆发、伽马射线暴这类宇宙中的极端事件都可能产生高能中微子。
当然，还存在其他可能。星系中心的超大质量黑洞质量是太阳的数百万至数十亿倍。当物质被这些黑洞吞噬时，也可能产生高能中微子。
此外，以上几种极端事件中产生的高能宇宙射线，在穿越宇宙的途中还可能与光子发生碰撞，从而产生高能中微子。
那么，此次高能中微子来自哪里呢？
KM3NeT的数据显示，此次探测到的高能中微子来自南天星空的某个位置。若其源于极端爆炸或活跃星系核，理论上可用其他望远镜追溯到源头。
澳大利亚平方千米阵探路者的部分天线
目前，悉尼西部大学的研究团队正利用南半球最大的射电望远镜——澳大利亚平方千米阵探路者（缩写：ASKAP）， 跟进 KM3NeT 的探测结果。然而，对于此次探测到的中微子，研究人员暂未发现与其对应的明显射电源。
ASKAP射电望远镜已经对南天星空进行了大量观测，发现了许多超新星遗迹和活动星系核。遗憾的是，由于KM3NeT 提供的位置数据不够精确，此次高能中微子的溯源工作仍在继续进行。
尽管KM3NeT的建设工作还没有最终完成，但科学家探索极端宇宙的窗口正缓缓打开，未来有望揭开更多宇宙高能现象背后的秘密。
参考资料：
https://theconversation.com/3-5-kilometres-underwater-scientists-found-a-staggeringly-energetic-particle-from-outer-space-249590
编译：文星
策划：刘颖 张超 李培元 杨柳
审核：北京天文馆研究馆员 李昕
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