南极中微子探测器拟揭秘宇宙射线

2010-10-20 11:03 来源: 中国科学院
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  想研究天上,却把自己埋进地下?据英国《每日电讯报》在线版10月19日(北京时间)报道,近10年来,科学家们一直在着力打造一个肩负着雄心勃勃计划的实验装置,以解开宇宙射线中微子产生的谜题。现今深埋在南极洲冰盖之下的一台“望远镜”,将记录下宇宙射线中的中微子在和冰雪中的原子发生碰撞时产生的稍纵即逝的蓝色之光,其灵敏度有望帮助人们确定那些不断轰击地球的宇宙射线和粒子究竟来自何方。

  科学界对中微子了解极晚。仅已知它是轻子的一种,不带电,但质量未知,推算其轻到小于电子质量的百万分之一,并能以接近光速的运动穿透像地球直径那么厚的物质。在100亿个中微子中只有一个会与物质发生反应,因此中微子的检测非常困难。然而因大爆炸的残留,宇宙射线中却充斥着大量的中微子,大约为每立方厘米100个。这使它不仅在微观世界的基本规律中起着重要作用,且与宇宙的起源、演化及如今正反物质存在状态有着非比寻常的联系。

  近日,一种新的天文观测手段启动。它是耗资2.71亿美元、由美国威斯康星大学麦迪逊分校领导、多国科学家参与的大型国际合作项目“冰立方”(Ice Cube)中微子观测站,作为项目核心的极其灵敏的中微子“望远镜”,将被科学家深埋到南极洲冰雪下超过1英里(约1.6公里)深处,此处冰雪的厚密和纯净将保证探测结果不被干扰,当中微子撞到原子产生一种叫作μ子的粒子时,会出现标志性的蓝光闪光,而该“望远镜”的传感器就可以捕获这种闪光,锁定其运行路径,进而帮助科学家分析出它们到底来自宇宙中的什么位置。 

  “冰立方”项目要安装超过5000台光学传感器,覆盖近1立方公里的冰雪层,尽管现在尚未最终落成,但是其分析工作已在第一台探测器入地后就开始了。中微子与冰雪撞击发生概率很小,但目前科学家们已拿到了若干次的数据,初步结果显示大量宇宙射线都来自一个靠近船帆座(Vela)的天区,这里长久以来都被认为存在一个强辐射源。

  尽管最后一批光学传感器今年12月份才会安置到位,但研究人员正欲扩大实验规模——建立一个覆盖数百英里的无线电波探测阵列,通过监听无线电波的变化来判断撞击事件的发生。团队成员、牛津大学教授索比·萨卡尔认为,“冰立方”项目虽看似疯狂,其实是反向追踪其来源路径的新思路,宇宙射线发现已有百年,实在是该弄清它们的来源了。