3500米深海藏著外太空的“幽靈粒子” 史上最高能中微子現(xiàn)身

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2025-02-27 08:56:16 云南省科協(xié)

3500米深海藏著外太空的幽靈粒子。在西西里島海岸約80公里外，地中海海面下3500米深處，隱藏著一臺(tái)非同尋常的望遠(yuǎn)鏡，這是建設(shè)中的立方千米中微子望遠(yuǎn)鏡（KM3NeT）的一部分。最近，其科學(xué)團(tuán)隊(duì)宣布探測(cè)到了迄今能量最高的宇宙中微子，這是人類在探索極端宇宙未知領(lǐng)域的重大進(jìn)展。相關(guān)研究已發(fā)表在2月12日的《自然》雜志上。

立方千米中微子望遠(yuǎn)鏡由來自21個(gè)國(guó)家的300多名科學(xué)家和工程師共同打造，包括兩個(gè)分別位于意大利西西里島和法國(guó)土倫附近的地中海海底的探測(cè)器，深度分別為3500米和2450米。建成后，它將由6000多個(gè)懸掛在漆黑深海中的光探測(cè)器組成，占據(jù)約一立方公里的海底空間。深海環(huán)境使KM3NeT不受陽(yáng)光等普通光源的干擾，電子、質(zhì)子等其他粒子在到達(dá)探測(cè)器之前也會(huì)被海水吸收。因此，只有難以捉摸的中微子能夠一路到達(dá)KM3NeT。

中微子是一種基本粒子，不帶電且質(zhì)量極小，與物質(zhì)的相互作用非常微弱，能夠穿透數(shù)千米的海洋，甚至是整個(gè)地球。正因?yàn)檫@些特性，中微子的探測(cè)極其困難，常被稱為“幽靈粒子”。當(dāng)中微子穿過KM3NeT時(shí)，探測(cè)器會(huì)記錄下藍(lán)色閃光，讓科學(xué)家了解粒子的速度和來源。雖然大多數(shù)中微子都會(huì)悄無(wú)聲息地穿過探測(cè)器，但也有極少數(shù)中微子會(huì)偶然與水分子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生更多的其他粒子。當(dāng)這些粒子穿過水時(shí)，可以激發(fā)藍(lán)色閃光，能夠被KM3NeT上的光探測(cè)器探測(cè)到。通過分析這種藍(lán)色閃光并測(cè)量每次閃光的時(shí)間，科學(xué)家可以還原中微子的原始能量和來源方向。

2023年2月13日，KM3NeT探測(cè)到了一個(gè)速度極快的中微子，能量達(dá)到220千兆電子伏特，是之前探測(cè)到的任何中微子的30倍。這種能量級(jí)別比太陽(yáng)中心的典型粒子高出100萬(wàn)億倍，是醫(yī)用X射線的1萬(wàn)億倍，也是最危險(xiǎn)的放射性粒子的100億倍。即便是地球上最大的粒子加速器，也無(wú)法產(chǎn)生能量為這顆中微子萬(wàn)分之一的粒子。一顆粒子擁有如此高的能量實(shí)屬罕見。

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