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我國探索在深海建設中微子望遠鏡

2021-09-24 17:06:32    中國科學報

近日,“海鈴計劃”探路者項目團隊完成各項預定海試任務并安全抵滬。本航次由上海交通大學李政道學者徐東蓮擔任首席科學家,海洋工程學者田新亮擔任領隊,共有來自上海交通大學、北京大學、清華大學、中國科學技術大學、自然資源部第二海洋研究所等機構的30余位科研人員與技術人員共同參與。本次科考為“海鈴計劃”的后續推進奠定了堅實基礎。

“海鈴計劃”由上海交通大學李政道研究所牽頭開展,中國科學院院士景益鵬擔任項目組組長。該計劃旨在探索建設中國首個深海中微子望遠鏡,通過捕捉高能天體中微子來探索極端宇宙,構建我國完備的多信使天文網,推動粒子物理、天體物理、地球物理、海洋地理、海洋生物等前沿交叉研究,具備孕育多項原創科學發現的重大潛力。

中微子是構成宇宙的基本單元之一,它穿透力極強,可輕松逃逸極端、致密的天體環境,并攜帶其中劇烈的物理過程信息,是研究極端宇宙的理想信使。但中微子不帶電且與物質相互作用極弱,如幽靈一般,極難被捕捉。

國際上最知名的中微子望遠鏡冰立方于2010年建成,目前是世界最大的中微子探測器,它于2013年首次探測到一個來自地外的彌散高能中微子流,叩開了高能中微子天文學的大門。然而,這個中微子流既沒有集聚跡象,也沒有指明任何已知的天體源,說明地球附近的宇宙中并不存在強烈輻射高能中微子的天體源。因此,若要有效地尋找高能中微子天體源,仍需提升下一代中微子望遠鏡的探測靈敏度。

徐東蓮曾在冰立方合作組中學習、工作多年,是近年來活躍在中微子天文學領域的青年學者。2020年8月徐東蓮代表“海鈴計劃”團隊,在全國高能物理發展戰略研討會(青島)上作大會邀請報告,正式提出了南海中微子望遠鏡——“海鈴計劃”的建設規劃和行動計劃。

自2018年11月以來,經過縝密論證及相關儀器、裝備的研制,作為“海鈴計劃”前期預研論證項目,“海鈴探路者”海試團隊于近日成功在預定海域布放數套自研實驗儀器,不僅原位采集到3500米海深超過1TB的珍貴數據,還針對全水深海水相關性質進行了掃描、檢測。

經初步分析,團隊驗證了預選海域作為中微子望遠鏡候選臺址的可行性,并成功布放了一套可長期監測海底流場、生物活動、沉積物及檢驗望遠鏡元器件的潛標,為后續望遠鏡陣列的設計和長期運維提供依據。

徐東蓮告訴《中國科學報》,將中微子望遠鏡建在深海,有兩個主要原因,一是深海環境有利于屏蔽大氣宇宙射線噪聲;二是深海海水具有漆黑、干凈、寧靜、通光性好的特性,望遠鏡陣列所監控的原位海水本身就是中微子的反應介質,也是中微子望遠鏡的組成部分。

“隨著地球自轉,‘海鈴’能真正實現全靈敏度巡天。”徐東蓮說。(黃辛)

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