重大发现！黑洞加速出宇宙中能量最高的粒子

在今天的《科学》杂志上发表的封面文章中，“冰立方”中微子观测台发现了姚变体发射超高能中微子的证据。

冰立方是位于南极的美国中微子观测站。它由分布在1立方千米内的86串光传感器(光电倍增管)组成，每串60个，位于冰层下1450至2450米处。当高能中微子被冰捕获时，带电粒子产生并通过传感器阵列，切伦科夫光产生并被探测到。

(冰块)

2017年9月22日，冰块探测到一个能量为290 TeV的中微子。相比之下，欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机是目前能量最高的加速器，只能将粒子加速到7 TeV。

冰立方的主要科学目标是通过中微子找到高能宇宙射线的起源。为此，它建立了一个预警网络，实时重建每个超高能中微子的方向，并将其发送给其他望远镜，以便通过无线电、光学和伽马波段观察相应的天体活动。中微子被观测到43秒后，一个自动警告信息被发出。四小时后，伽马射线协调网络将发布通知。

290兆电子伏的中微子(科学361，146(2018))290 TEV的中微子(科学361，146(2018))

起初，几个观测站没有看到任何异常信号。六天后，费米卫星首次报告说，在冰块给出的方向仅相差0.1度的地方，有一个耀斑在一个月前开始发光，并开始变得特别亮。很快，十几台射电、光学和伽马望远镜也观测到了重要的信号，如大西洋上的神奇大气切伦科夫望远镜。

高能宇宙射线起源之谜

Blazar是一种活跃的星系核，它是一种剧烈的天文现象，是由星系中心的一个巨大黑洞大量物质增生而成。黑洞将增生物质的重力能量或黑洞的旋转能量转化为强大的相对论喷流。如果喷气式飞机对准我们的视线，它就构成了一个耀斑。

高能宇宙射线的起源是一个百年的谜。我们不知道它们从哪里来，也不知道它们是如何加速的。据推测，它的来源可能包括中子星、伽马射线爆发、极端超新星、活动星系核等。

在姚的变体喷射中，带电粒子可以加速到极高的能量。因为带电粒子被宇宙中的磁场偏转，当它们到达地球时，我们不知道它们来自哪里。也许它们在以颤动的方式到达地球之前，已经在银河系中旋转了几十次。被喷流加速的质子或原子核在与物质相互作用时会产生高能介子，并最终衰变为光子和中微子，它们不受磁场干扰，可以直接指向源头。看到290个TeV中微子意味着耀斑羽流可以产生至少数万个TeV质子和原子核，这可能是宇宙中最高能粒子的诞生地。

礼貌:物理世界的马斯彻

答案已经解决了吗？

事实上，《冰块》在2016年报道了原子核和高能中微子之间的相关性，相关性为95%，按照严格的科学标准来看，这还不够高，因此存在争议。

在发现了这个中微子之后，冰立方重新检查了以前的数据，发现了这个方向上的一些中微子，使得相关性达到99.9%，大约是标准偏差的3.5倍。然而，它仍然比科学中发现的5倍的标准偏差稍低。

冰块计划在不久的将来升级，体积增加10倍。即使目前的结果不够令人信服，未来也一定能够毫无争议地确定答案。

有趣的是，冰立方还可以在其中心的一个小区域内增加光传感器的密度，以更精确地探测大气中微子，从而确定中微子的质量序列(这个实验被称为PINGU)，这是正在建设中的江门中微子实验的主要科学目标之一。如果平谷实验得到高度重视，它将成为江门最强有力的竞争对手。然而，经过长时间的讨论，项目组把重点放在扩大冰块阵列上。毕竟，质量序列有很多实验，但只有一个冰块。

走上歧途的理论家

冰块和LIGO是美国科学基金会资助的两个主要项目。冰立方天文台的创始人弗朗西斯·哈尔曾也是一位理论家，就像LIGO的几个不可调和的倡导者一样。他曾经说过，如果他有一些实验经验，他就不会提出做冰块实验，因为他不知道在一般的冰中会有大量的气泡，而且光子散射非常严重，这使得不可能重建中微子的方向。然而，在实验完成后，人们意外地发现南极洲下面的冰与其他地方不同。数万年的压力把冰压得很紧，光散射的问题比预期的要好得多。

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超高能中微子的银河系外“家园”已经得到证实，这可能会迎来中微子天体物理学的新时代。

北京，4月20日，《科学技术日报》(记者刘霞)——由德国科学家领导的国际研究小组在最新一期《自然物理学》上报道，位于南极冰下的中微子探测器“冰立方”在2012年发现了超高能中微子。现在，他们第一次在银河系外找到了一个源头，这一重大发现可能开启中微子天体物理学的新时代。

中国科学院高能物理研究所研究员曹骏向《科学技术日报》记者解释说，中微子是大爆炸期间产生最多的粒子之一，而且仍然是由恒星内部的核反应和宇宙射线撞击地球大气层的过程大量产生的。

中微子质量非常小，不带电荷，很少与其他物质相互作用，并且难以探测。然而，在极少数情况下，中微子会撞击原子，产生带电粒子，如电子或μ子，它们会发出蓝色闪光，可以被冰块探测到。

2012年，“冰块”发现了历史上能量最高的中微子，其能量为2000万亿电子伏特，比大型强子对撞机产生的高能质子高300倍。这种高能中微子应该来自能量极高的宇宙射线粒子的碰撞过程。在过去的几年里，科学家们一直在寻找可能产生它们的奇怪的天体活动。

最近，科学家分析了距离地球90亿光年的PKS B142418活跃星系的射电和伽马射线数据。结果表明中微子和活动星系爆发在时间和方向上是一致的。因此，可以推断中微子可能来自银河系外活动星系爆发，这是第一次具有银河系外来源的超高能中微子事件。

南京大学天文与空间科学学院的王翔宇教授在一次采访中说:“尽管科学家们不能排除巧合，也不能100%确定中微子来自这个活跃的星系，但高达95%的相关性是迄今为止最高的。最新研究表明，一些中微子可能来自银河系以外的活跃星系，这有助于科学家进一步澄清高能中微子的来源。”