人們幻想一下在天空的某個地方發(fā)現(xiàn)了中微子，科學(xué)家以往在超大質(zhì)量的黑洞和耗盡燃料后發(fā)生劇烈爆炸的恒星中發(fā)現(xiàn)了中微子運動的軌跡，他們現(xiàn)在對神秘的中微子采用了不同的探測方法，在南極洲的“冰立方”中微子觀測站發(fā)現(xiàn)了少量幽靈般的高能中微子，它們來自地球的外層空間，中微子的發(fā)現(xiàn)開啟了中微子天文學(xué)時代，在傳統(tǒng)天文學(xué)的穹頂打開了一扇“天窗”。費爾米國家加速實驗室位于伊利諾伊州的巴達維爾，實驗室的天體物理學(xué)家丹·胡珀不是“冰立方”項目團隊的成員，他做出了第三方的客觀評價，“我們見證了中微子天文學(xué)的興起”。

1987年，科學(xué)家從麥哲倫星云中一顆爆發(fā)的超新星上探測到了中微子，也最先在太陽輻射中發(fā)現(xiàn)了中微子。2013年4月，“冰立方”合作團隊公布了中微子探測項目的成果，他們探測到了兩個高能中微子，每個中微子的能量大約是一個Peta電子伏特，合作團隊將兩個高能中微子分別命名為伯特和歐尼，兩個高能中微子的能量表明，它們不是從地球大氣層而來、而是從外層空間而來，發(fā)現(xiàn)的成果使得團隊成員倍受鼓舞，他們正在從細節(jié)層面檢測中微子的特性。

冰立方合作團隊的科學(xué)家近日在威斯康星——麥迪遜大學(xué)舉辦了一場“冰立方”粒子物理學(xué)主題的討論會，總結(jié)了中微子的階段性研究成果。特拉華大學(xué)的托馬斯·蓋舍爾是冰立方合作團隊的成員，他對發(fā)現(xiàn)中微子的事件進行了解說，中微子總數(shù)的一半是大氣層中微子，宇宙射線在撞擊大氣層的上層時產(chǎn)生了中微子，中微子總數(shù)的另一半是太陽系外的中微子，長期以來，外太空中微子是科學(xué)家搜索的主要對象。

不同中微子的歸類是關(guān)鍵性的分析技術(shù)，太空中微子產(chǎn)生的途徑不同，中微子的形態(tài)有三種：μ介子（謬介子）、τ介子（陶介子）和電子中微子，中微子在太空穿行時改變了形態(tài)或產(chǎn)生了震蕩，從一種形態(tài)變化了另一種形態(tài)。在大氣層中微子來源的情形中，μ介子形態(tài)中微子的數(shù)量比電子中微子多出了兩倍，但在冰立方項目測得的數(shù)據(jù)表明，不同形態(tài)的中微子數(shù)量相同，中微子束在震蕩過程中穿越了十分遙遠的距離。

冰立方的巨大實驗裝置埋藏在南極洲的冰層，冰立方實驗室第一次記錄了來源于太陽系以外的中微子，科學(xué)家證明了這些中微子在外太空產(chǎn)生，不是在地球大氣層的上方產(chǎn)生。為了接收遙遠太空的中微子，合作團隊建造了一個1立方公里的“冰立方”實驗室，極為敏感的探測器被埋入了南極冰層，在冰立方中植入了86根弦棒，每一根弦棒掛上了60個極為敏感的光檢測器，它們看起去好似綁扎在圣誕樹枝上的彩色小球，光檢測器被埋入到了深處的南極冰層。

冰層的中微子可能與冰的原子核發(fā)生罕見的碰撞，撞擊事件會產(chǎn)生短暫閃射的現(xiàn)象，光敏探測器及時記錄粒子碰撞的閃射。冰立方含有5000多個光探測器，用于捕獲從遙遠太空抵達地球的中微子。冰立方每年接收大約10萬多個不同類型的中微子，它們可能來自地球的大氣層、可能來自遙遠的太空，科學(xué)家以往嘗試將遙遠太空的中微子與其它來源的中微子區(qū)分開來，但沒有取得成功。從2010年5月到2012年5月，科學(xué)家一共檢測到了26個能量大約為50tera電子伏特的中微子，僅有0.004%被檢測到的機會，統(tǒng)計學(xué)波動不是困難所在，對信號本身的檢測有問題。

類星體發(fā)射了中微子，不帶電荷的中微子產(chǎn)生于發(fā)射源，它們不受磁場的影響，在高速運動中到達了地球。在超新星等天體的觀測和分析中，捕獲中微子是十分有用的方式，類星體和活動星系核看起來十分微小，類星體中心暗藏了一個有巨大驅(qū)動力的超大質(zhì)量黑洞，從類星體等天體發(fā)射了中微子，科學(xué)家通過中微子檢測得到了神秘天體的物理信息，“中微子天文學(xué)”對科學(xué)家了解宇宙射線的來源帶來了幫助，宇宙射線和中微子的產(chǎn)生機制相同，然而，宇宙射線中的有些粒子與中微子不同，有些宇宙射線粒子帶有電荷，進入地球磁場的帶電粒子受到磁場干擾，它們的運動路徑會產(chǎn)生彎折變形，確定宇宙射線的來源變得十分困難。

在銀河系中心出現(xiàn)了中微子，科學(xué)家曾假設(shè)暗物質(zhì)大量積聚在銀河系中心，暗物質(zhì)粒子可能發(fā)生了劇烈的相互碰撞。從冰立方實驗室發(fā)現(xiàn)了天體物理學(xué)意義的高能中微子，從銀河系中心發(fā)出的中微子有特別的能量，銀心中微子的發(fā)現(xiàn)有助于科學(xué)家間接地找到銀河系中心的暗物質(zhì)。冰立方合作團隊的負責(zé)人、威斯康星——麥德遜大學(xué)的弗朗西斯·哈爾岑解釋說，合作團隊從冰立方實驗室收集了很少的數(shù)據(jù)，缺少對2012年5月以來實驗數(shù)據(jù)的足夠分析，擁有大數(shù)據(jù)庫“金礦”，收集和分析大量檢測的信號相當(dāng)于挖掘金礦的價值所在。

（編譯：2021-5-17）

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