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立方千米中微子望远镜（KM3NeT）效果图

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，它是建设中的立方千米中微子望远镜（缩写：KM3NeT）的一部分。

最近，其科(kē)学(xué)团(tuán)队(duì)已(yǐ)经(jīng)宣(xuān)布(bù)，探(tàn)测(cè)到(dào)了(le)迄(qì)今(jīn)能(néng)量(liàng)最(zuì)高(gāo)的(de)宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)微(wēi)子(zi)，这(zhè)是(shì)人(rén)类(lèi)在(zài)探(tàn)索(suǒ)极(jí)端(duān)宇(yǔ)宙(zhòu)未(wèi)知(zhī)领(lǐng)域的(de)重(zhòng)大(dà)进(jìn)展(zhǎn)。相(xiāng)关研(yán)究(jiū)已(yǐ)经(jīng)发(fā)表(biǎo)在(zài)2月(yuè)12日(rì)的(de)《自(zì)然(rán)》杂(zá)志(zhì)上(shàng)。

深(shēn)海(hǎi)中(zhōng)的(de)巨(jù)型(xíng)探(tàn)测(cè)器(qì)

立(lì)方(fāng)千(qiān)米(mǐ)中(zhōng)微(wēi)子(zi)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)（KM3NeT）是(shì)由(yóu)来(lái)自(zì)21个(gè)国(guó)家(jiā)（包(bāo)括(kuò)中(zhōng)国(guó)）的(de)300多(duō)名科(kē)学(xué)家(jiā)和(hé)工(gōng)程(chéng)师(shī)共(gòng)同(tóng)打(dǎ)造(zào)的(de)巨(jù)型(xíng)深(shēn)海(hǎi)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)。望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)包(bāo)括(kuò)两(liǎng)个(gè)探(tàn)测(cè)器(qì)，分(fēn)别(bié)位(wèi)于(yú)意(yì)大(dà)利(lì)西(xi)西(xi)里(lǐ)岛(dǎo)和(hé)法(fǎ)国(guó)土(tǔ)伦(lún)附(fù)近(jìn)的(de)地(de)中(zhōng)海(hǎi)海(hǎi)底(dǐ)，深(shēn)度(dù)则(zé)分(fēn)别(bié)达(dá)到(dào)3500米(mǐ)和(hé)2450米(mǐ)。

KM3NeT布(bù)放(fàng)在(zài)海(hǎi)底(dǐ)的(de)光(guāng)探(tàn)测(cè)器(qì)

建(jiàn)成(chéng)后(hòu)，它(tā)将(jiāng)由(yóu)6000多(duō)个(gè)悬(xuán)挂(guà)在(zài)漆(qī)黑(hēi)深(shēn)海(hǎi)中(zhōng)的(de)光(guāng)探(tàn)测(cè)器(qì)组(zǔ)成(chéng)，占(zhàn)据(jù)约(yuē)一(yī)立(lì)方(fāng)公(gōng)里(lǐ)的(de)海(hǎi)底(dǐ)空(kōng)间(jiān)。

在(zài)深(shēn)海(hǎi)中(zhōng)，KM3NeT不(bù)受(shòu)阳(yáng)光(guāng)等(děng)普(pǔ)通(tōng)光(guāng)源(yuán)的(de)干(gàn)扰(rǎo)，电(diàn)子(zi)、质(zhì)子(zi)等(děng)其(qí)他(tā)粒(lì)子(zi)在(zài)到(dào)达(dá)探(tàn)测(cè)器(qì)之(zhī)前(qián)也(yě)会(huì)被(bèi)海(hǎi)水(shuǐ)吸(xī)收(shōu)。在(zài)已(yǐ)知(zhī)的(de)所(suǒ)有(yǒu)粒(lì)子(zi)中(zhōng)，只(zhǐ)有(yǒu)难(nán)以(yǐ)捉(zhuō)摸(mō)的(de)中(zhōng)微(wēi)子(zi)能(néng)够(gòu)一(yī)路到(dào)达(dá)KM3NeT。

这就是为什么KM3NeT要放在海底的原因：为了接收到中微子，而且只能接收到中微子。

中微子：神秘的“幽灵粒子”

中微子是一种基本粒子，不带电，质量极小。它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。正因为它的这些特性，中微子的探测极其困难，常被科学家称为“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。

实际上，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，同时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。

惊人发现：史上最高能中微子

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，能量是之前探测到的任何中微子的30倍。

这种能量级别是一个什么概念呢？它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。

简而言之，一颗粒子拥有如此高的能量，实属罕见。

看到这里，你一定非常好奇，中微子与物质之间的相互作用非常微弱，为什么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？

答案是：我们还不确定。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。

当然，还存在其他可能。星系中心的超大质量黑洞质量是太阳的数百万至数十亿倍。当物质被这些黑洞吞噬时，也可能产生高能中微子。

此外，以上几种极端事件中产生的高能宇宙射线，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。

那么，此次高能中微子来自哪里呢？

KM3NeT的数据显示，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。

澳大利亚平方千米阵探路者的部分天线

目前，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（缩写(xiě)：ASKAP）， 跟(gēn)进(jìn) KM3NeT 的(de)探(tàn)测(cè)结(jié)果(guǒ)。然(rán)而(ér)，对(duì)于(yú)此(cǐ)次(cì)探(tàn)测(cè)到(dào)的(de)中(zhōng)微(wēi)子(zi)，研(yán)究(jiū)人(rén)员(yuán)暂(zàn)未(wèi)发(fā)现(xiàn)与(yǔ)其(qí)对(duì)应(yīng)的(de)明(míng)显(xiǎn)射(shè)电(diàn)源(yuán)。

ASKAP射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜已经对南天星空进行了大量观测，发现了许多超新星遗迹和活动星系核。遗憾的是，由于KM3NeT 提供的位置数据不够精确，此次高能中微子的溯源工作仍在继续进行。

尽管KM3NeT的建设工作还没有最终完成，但科学家探(tàn)索(suǒ)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。

参考资料：

https://theconversation.com/3-5-kilometres-underwater-scientists-found-a-staggeringly-energetic-particle-from-outer-space-249590

编译：文星

策(cè)划(huà)：刘(liú)颖(yǐng) 张(zhāng)超(chāo) 李(li)培(péi)元(yuán) 杨(yáng)柳(liǔ)

审核：北京天文馆研(yán)究(jiū)馆(guǎn)员(yuán) 李(li)昕(xīn)