寻找“宇宙幽灵信使”，我国首个深海中微子望远镜阵列将在南海建设

IT之家 10 月 22 日消息，目前，我国在多波段望远镜、空间引力波和低能中微子观测站（JUNO）均已有布局，接下来还将打造我国首个深海中微子望远镜，完成深空、深地到深海的布局。

上海交通大学李政道研究所上周正式发布了“海铃计划”（TRopIcal DEep-sea Neutrino Telescope，TRIDENT）蓝图。

该项目将在南海 3500 米以下建设我国首个深海中微子望远镜，通过捕捉高能（亚 TeV 到 PeV 量级）天体中微子来探索极端宇宙。该项目由中国科学院院士景益鹏担任负责人、李政道学者徐东莲担任首席科学家。

中微子又被称为幽灵粒子或者幽灵信使，这是一种不存在电荷且质量几乎为零的粒子，这意味着它们几乎不与其他类型的物质产生相互作用。

它们可以说无处不在，它们是宇宙中丰富度仅次于光子的亚原子粒子。IT之家查询发现，实际上每秒都会有数百万亿个太阳中微子穿透我们的身体，但它们极难被发现且极难被捕获。

中微子于 1930 年首次被理论预言，但直到 1956 年才被实验观测到。目前已知的中微子有三种类型，电子中微子、缪子中微子和陶子中微子，它们在时空传播过程中由于量子效应可相互转换，这就是著名的中微子振荡现象。科学家对中微子性质的研究已多次刷新我们对基本物理规律的认知，并四获诺贝尔奖。

值得一提的是，中微子天文学正处于重大突破的门槛上。这也正是我国在中微子天文学这一新兴领域迎头赶上甚至超越国际前沿的科学时机。

目前世界最大、最灵敏的中微子望远镜冰立方（IceCube）建在 2500 米深的南极冰层中。2010 年刚刚建成，就于 2013 年首次探测到一个来自地外的弥散高能中微子流；2017 年首次发现对应已知的天体源证据，叩开了高能中微子天文学的大门。2015 年，LIGO 实验首次通过引力波“听”到了两个黑洞合并的壮观场景。这两大发现标志着结合光子、引力波和中微子携带信息揭开宇宙奥秘的新时代的来临：多信使天文学时代。

据官方介绍，该项目于 2020 年 8 月正式提出，其后在仅一年的有限时间内研制出了适用于 4000 米深海环境、携带高灵敏感光元件的探测球舱和相应的深海布放系统。

“海铃”一期项目已于 2022 年底启动，拟在选定海域建设 10 根望远镜串列，并通过长距离海缆连接南海某岛基地，预计于 2026 年建成世界首个近赤道的小型中微子望远镜，2030 年前后“海铃”望远镜有望成为国际上最先进的中微子望远镜。

值得一提的是，海铃团队已完成首次海试任务，测量验证了南海一处候选海域作为中微子望远镜台址的可行性，完成“海铃”中微子望远镜的概念设计，相关论文已发表在《自然・天文》上。

他们创新提出了新型混合探测球舱概念设计，将舱内表面紧密覆盖上多个能探测到单光子的光电倍增管（PMT），以此形成类似于果蝇的复眼结构，同时巧妙地利用 PMT 之间的空隙安装超快时间响应的硅光电倍增管，以便能实现无死角地观测不同方向的中微子。

徐东莲介绍称，“海铃”望远镜将以整个地球为屏蔽体，接收从地球对面穿透而来的中微子，“因位于赤道附近，‘海铃’望远镜可通过地球自转探测 360 度全天域中微子，实现对不同方向中微子的无死角观测，与南极‘冰立方’以及北半球其他中微子望远镜形成互补。”

按照规划，海铃中微子望远镜阵列将在 2026 年成为世界首个近赤道的小型中微子望远镜，开展对银河系内外的天体源搜索，并完成建设大阵列的全链技术验证；海铃终极大阵列将包括约 1200 根望远镜串列，直径约 4 公里，总占地面积约为 12 平方公里，超越升级后的冰立方，预期在 2030 年前后成为国际上最先进的中微子望远镜。

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