“冰立方”在南极俘获大量新型高能中微子

中微子可以激活埋在冰下的传感器。资料来源:JAKOB VAN SANTEN

■段鑫，本报实习生

在发现了两个有史以来能量最高的中微子之后，科学家们利用深埋在南极冰层下的巨型粒子探测器发现了另外26种高能中微子。这些新发现的中微子的能量比先前发现的两个中微子的能量要小，但它似乎比宇宙射线撞击大气层形成的中微子的能量要大，而大气层也是地球上中微子的主要来源。因此，这意味着这些粒子可能是由目前人们不知道的发生在深空的天体物理过程形成的。

"目前，这一结论只是初步结果."在5月15日于美国麦迪逊举行的一个关于天体物理学粒子的研讨会上，威斯康星大学麦迪逊分校的学者内森·怀特霍恩说，“我们不能完全肯定这个新粒子来自某些天体物理学过程。”然而，基于已知的太阳系过程，科学家很难解释为什么有这么多的粒子和携带这么多的能量。“如果在分析了更多的数据后，我们发现事实确实如此，而且它确实来自一些新的天体物理学来源，那么我们就可以解释许多以前认为几乎无法解决的问题。”

在冰立方(南极冰立方中微子观测站)工作的物理学家正试图了解高能宇宙射线中带电粒子的起源，这些粒子从宇宙中飞出，轰击地球。他们认为这可能与上述中微子的起源有关。“基本上，你能想到的任何能产生宇宙射线的东西都能同时产生中微子。”怀特霍恩说，与宇宙射线轰击大气层时在当地产生的中微子不同，天体物理中微子可能与宇宙射线在同一时间由同一物体产生。

冰立方中微子天文台使用一个特殊的“网”来捕捉著名中微子的滑行过程，中微子是一种很少与物体原子相互作用的轻质基本粒子。冰块由5000多个光传感器组成，埋在南极冰下2公里处。南极冰足以填满数十万个奥运游泳池。在如此大的体积中，来自宇宙的中微子穿过空间，穿过人体甚至岩石，偶尔撞击冰中的原子，发出微弱的闪光。

这种闪光的特征，如光的模式(是否有斑点或条纹)和粒子运动的方向(是否从天空向下或向上穿过地球)，可以揭示中微子及其来源的三个基本属性。中微子研究有一个关键的优势——由于磁场的影响，其他带电宇宙射线的轨迹是弯曲和交织的，而中微子不受这些因素的影响。它们的轨迹是直线，也就是说，它们的来源可以通过沿着它们的轨迹追溯找到。

根据已知的理论，在过去的两年里，研究人员已经确定了10.6种粒子，其能量范围从几十兆字节到几百兆字节的电子伏特。四月份宣布的28个新粒子，包括两个高能粒子，意味着科学家已经发现了新的中微子源。

因此，“冰块”的物理学家兼威斯康星大学麦迪逊分校的工作人员直子·仓哈希·尼尔森试图追踪新粒子的到达方向，以找到它们最初起源的线索。“我目前的工作是通过追踪天体的轨迹，找出是否能找到产生宇宙射线的天体。”她说。然而，也许是因为可以研究的粒子数量太少，研究人员没有发现特别有力的证据。“因为尽管我们以前做了很多工作，但仍然远远不够。”她补充道，“我们已经得出结论，没有可识别的中微子源。”

研究人员通过将监视器的边缘设置为“红旗区”，使用筛选技术来消除假冒粒子，并降低大气中微子的背景噪声。一些带电粒子，如大气中的μ子，可以激发位于冰块监测器边缘的传感器，而中微子可以直接穿透并激活埋在冰下的传感器。"科学家们不想触及显示器上的物质，而是想知道显示器上发生了什么。"“冰块”物理学家、威斯康星大学麦迪逊分校学者克劳迪奥·科佩尔说。然而，要证明中微子确实来自高能宇宙活动还需要很长时间。“我们的目标是找到源头，但不幸的是，我们还没有找到。”科佩尔说。(原名“冰块”南极展示其技能)

中国科学新闻(2013-05-23第三版国际版)