3500米深海藏着外太空的“幽灵粒子” 史上最高能中微子现身

摘要： 3500米深海藏着外太空的幽灵粒子。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，这是建设中的立方千米中微子望远镜（KM3NeT）的一部分。最...

3500米深海藏着外太空的幽灵粒子。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，这是建设中的立方千米中微子望远镜（KM3NeT）的一部分。最近，其科学团队宣布探测到了迄今能量最高的宇宙中微子，这是人类在探索极端宇宙未知领域的重大进展。相关研究已发表在2月12日的《自然》杂志上。

立方千米中微子望远镜由来自21个国家的300多名科学家和工程师共同打造，包括两个分别位于意大利西西里岛和法国土伦附近的地中海海底的探测器，深度分别为3500米和2450米。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。深海环境使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。因此，只有难以捉摸的中微子能够一路到达KM3NeT。

中微子是一种基本粒子，不带电且质量极小，与物质的相互作用非常微弱，能够穿透数千米的海洋，甚至是整个地球。正因为这些特性，中微子的探测极其困难，常被称为“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。虽然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，产生更多的其他粒子。当这些粒子穿过水时，可以激发蓝色闪光，能够被KM3NeT上的光探测器探测到。通过分析这种蓝色闪光并测量每次闪光的时间，科学家可以还原中微子的原始能量和来源方向。

2023年2月13日，KM3NeT探测到了一个速度极快的中微子，能量达到220千兆电子伏特，是之前探测到的任何中微子的30倍。这种能量级别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。一颗粒子拥有如此高的能量实属罕见。

中微子与物质之间的相互作用非常微弱，为何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？目前还不确定。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。此外，星系中心的超大质量黑洞在吞噬物质时也可能产生高能中微子。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。

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。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（ASKAP），跟进KM3NeT的探测结果。然而，研究人员暂未发现与其对应的明显射电源。尽管KM3NeT的建设工作尚未完成，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。