徐东莲|探索宇宙极小粒子的极大奥秘 上海交大“海铃计划”首战告捷

采访人员17日从上海交通大学获悉 , 作为“海铃计划”前期预研论证项目 , “海铃探路者”海试团队近日成功在预定海域布放数套自研实验仪器并采集到珍贵数据 , 这些数据验证了预选海域作为中微子望远镜候选台址的可行性 。 此外 , 团队还成功布放可长期监测海底流场、生物活动、沉积物及检验望远镜元器件的潜标 , 为后续望远镜阵列设计和长期运维提供了依据 。
“海铃计划”旨在探索建设中国首个深海中微子望远镜 , 通过捕捉高能天体中微子来探索极端宇宙 , 构建我国完备的多信使天文网 , 推动粒子物理、天体物理、地球物理、海洋地理、海洋生物等前沿交叉研究 , 具备孕育多项原创科学发现的重大潜力 。

徐东莲|探索宇宙极小粒子的极大奥秘 上海交大“海铃计划”首战告捷
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据了解 , “海铃计划”由上海交通大学李政道研究所牵头开展 , 集合上海交通大学物理、天文、海洋工程、海洋科学、材料、电子信息等学科的前沿研究优势和雄厚工程能力 。 首席科学家为李政道学者徐东莲 。
中微子是构成宇宙的基本单元之一 , 也是宇宙中数量最多的粒子 。 它不带电且与物质相互作用极弱 , 如幽灵一般 , 极难被捕捉 。 中微子于1956年首次被实验观测到 。 目前已知存在的中微子包括电子中微子、缪中微子、陶中微子三种类型 。 由于量子效应 , 中微子在时空传播过程中可相互转换 , 类似于川剧的变脸表演 , 这就是著名的中微子振荡现象 , 通过建造探测器来研究中微子的振荡行为 , 人类可以部分窥见宇宙物质形成的基本规律 。
由于中微子穿透力极强 , 可轻松逃逸极端、致密的天体环境 , 同时携带着剧烈的物理过程信息 , 使其成为研究极端宇宙的理想信使 。 早在1912年 , 物理学家就发现地球大气持续经受太空高能离子(宇宙射线)的轰击 , 但因宇宙射线在星际传播受磁场作用发生方向偏转 , 其源头至今是个谜 。 而由宇宙射线反应而产生的中微子一旦被探测到 , 就能追根溯源 。 因此 , 可通过探测中微子源来一锤定音地解答宇宙射线起源这一百年谜题 。
徐东莲介绍说 , 中微子天文学的思想起源于1960年科学家提出的在深海或湖里建造切伦科夫光探测元件阵列的建议 。 目前国际上最知名的中微子望远镜“冰立方”于2010年在南极冰层中建成 。 2013年 , “冰立方”首次探测到一个来自地外的弥散高能中微子流 , 但这一中微子流既没有集聚迹象 , 也没明确地指回任何已知的天体源 , 若要有效地寻找高能中微子的天体源 , 仍需提升下一代中微子望远镜的探测灵敏度 。 目前 , 欧美正在积极筹建性能大大优化的二代中微子望远镜 , 预期在2030年前后建成 , 届时中微子天文学领域或出现重大突破 。

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