水下望遠鏡穿透地球掃視天空，中微子探測器將成搜索宇宙新雷達

2020-10-18 木法沙和三傻

水下中微子探測器將搜尋暗物質、遙遠的恆星爆炸等等。

懸浮在法國和義大利附近地中海底部的126個足球大小的玻璃球，已經在利用海洋本身作為一種工具來尋找暗物質、超新星和中子星碰撞的信號。這是為立方千米中微子望遠鏡項目(KM3NeT)所部署的眾多球狀體。

該項目的目標中微子，是一種基本粒子，沒有電荷，幾乎沒有質量。「與宇宙射線不同，中微子不受星系間空間磁場的偏轉，這使它們成為獨特的信使，」德國電子同步加速器(DESY)研究中心的中微子天體物理學家沃爾特·溫特(Walter Winter)說，「它們與電磁輻射和引力波等其他信息來源是互補的」。他沒有參與KM3NeT的研究。

中微子只需要很小一部分的相互作用就可以穿過大多數其他物質;這種幽靈般的行為使他們成為天文學的理想對象。KM3NeT將被安裝在每立方公裡的水域中，這些水域足夠40萬個奧運遊泳池使用。超過6000個球體，每個球體包含31個被稱為光電倍增管的高靈敏度探測器，它們將附著於固定在海底的繩子上，並由漂浮物拉緊。

馬賽粒子物理中心的物理學和軟體經理Paschal Coyle說:「也許100萬個中微子中就有1到2個與水中氫或氧原子核內的夸克相互作用。因為宇宙中微子擁有極高的能量，這種相互作用的結果是釋放出一種速度非常快的帶電粒子。」

事實上，它在水中的傳播速度比光的傳播速度還快，從而產生了一種效應，Coyle把它比作光學上協和式飛機的音爆（Concorde協和式飛機，是一種由法國宇航和英國飛機公司聯合研製的中程超音速客機）。研究人員可以利用海底傳感器接收到的切倫科夫輻射(Cherenkov radiason)發出的微弱光線，確定原始中微子的能量和方向。

要知道，在現存為數不多的天文聚焦中微子望遠鏡中，KM3NeT是獨一無二的，特別是在以前所未有的方向性和能量解析度觀測南半球天空方面，與其巨大的體積還是蠻相匹配的。

法國的這一項目計劃於2024年完工，屆時將探測到宇宙射線與地球大氣層相互作用時產生的低能中微子。當它們穿過地球時，這些粒子提供了x射線一樣的內部視圖。這個位於義大利的實驗室將於2026年建成，重點研究在遙遠恆星災難性死亡或暗物質密集碰撞區域中產生的宇宙中微子。

有趣的是，該望遠鏡最清晰的視角是向下看;地球就像一個過濾器，可以把宇宙射線中的背景粒子阻擋在外，而宇宙射線一直在轟擊我們的世界。中微子是這些射線中唯一已知的可穿過地球的粒子。

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