我国探索在深海建设中微子望远镜 构建我国完备的多信使天文网

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日期:2021-09-24 14:50:14    来源:《中国科学报》    

近日,“海铃计划”探路者项目团队完成各项预定海试任务并安全抵沪。本航次由上海交通大学李政道学者徐东莲担任首席科学家,海洋工程学者田新亮担任领队,共有来自上海交通大学、北京大学、清华大学、中国科学技术大学、自然资源部第二海洋研究所等机构的30余位科研人员与技术人员共同参与。本次科考为“海铃计划”的后续推进奠定了坚实基础。

“海铃计划”由上海交通大学李政道研究所牵头开展,中国科学院院士景益鹏担任项目组组长。该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。

中微子是构成宇宙的基本单元之一,它穿透力极强,可轻松逃逸极端、致密的天体环境,并携带其中剧烈的物理过程信息,是研究极端宇宙的理想信使。但中微子不带电且与物质相互作用极弱,如幽灵一般,极难被捕捉。

国际上最知名的中微子望远镜冰立方于2010年建成,目前是世界最大的中微子探测器,它于2013年首次探测到一个来自地外的弥散高能中微子流,叩开了高能中微子天文学的大门。然而,这个中微子流既没有集聚迹象,也没有指明任何已知的天体源,说明地球附近的宇宙中并不存在强烈辐射高能中微子的天体源。因此,若要有效地寻找高能中微子天体源,仍需提升下一代中微子望远镜的探测灵敏度。

徐东莲曾在冰立方合作组中学习、工作多年,是近年来活跃在中微子天文学领域的青年学者。2020年8月徐东莲代表“海铃计划”团队,在全国高能物理发展战略研讨会(青岛)上作大会邀请报告,正式提出了南海中微子望远镜——“海铃计划”的建设规划和行动计划。

自2018年11月以来,经过缜密论证及相关仪器、装备的研制,作为“海铃计划”前期预研论证项目,“海铃探路者”海试团队于近日成功在预定海域布放数套自研实验仪器,不仅原位采集到3500米海深超过1TB的珍贵数据,还针对全水深海水相关性质进行了扫描、检测。

经初步分析,团队验证了预选海域作为中微子望远镜候选台址的可行性,并成功布放了一套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,为后续望远镜阵列的设计和长期运维提供依据。

徐东莲告诉《中国科学报》,将中微子望远镜建在深海,有两个主要原因,一是深海环境有利于屏蔽大气宇宙射线噪声;二是深海海水具有漆黑、干净、宁静、通光性好的特性,望远镜阵列所监控的原位海水本身就是中微子的反应介质,也是中微子望远镜的组成部分。

“随着地球自转,‘海铃’能真正实现全灵敏度巡天。”徐东莲说。(黄辛)

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