東方網記者傅文婧9月17日報道:記者今天從上海交通大學獲悉,“海鈴計劃”探路者項目團隊日前完成各項預定海試任務並安全抵滬。

據悉,“海鈴計劃”由上海交通大學李政道研究所牽頭開展,旨在探索建設中國首個深海中微子望遠鏡,通過捕捉高能天體中微子來探索極端宇宙,構建我國完備的多信使天文網,推動粒子物理、天體物理、地球物理、海洋地理、海洋生物等前沿交叉研究,具備孕育多項原創科學發現的重大潛力。“海鈴計劃”項目組組長爲中國科學院院士景益鵬。

本航次由上海交通大學李政道學者徐東蓮擔任首席科學家,海洋工程學者田新亮擔任領隊,共有來自上海交通大學、北京大學、清華大學、中國科學技術大學、自然資源部第二海洋研究所等機構的三十餘位科研人員與技術人員共同參與,爲“海鈴計劃”的後續推進奠定了堅實的基礎。

中微子是構成宇宙的基本單元之一,也是宇宙中數量最多的粒子。它不帶電且與物質相互作用極弱,如幽靈一般,極難被捕捉。中微子在1930年首次被理論預言,但直到1956年才被實驗觀測到。目前已知存在的中微子有三種類型,電子中微子,繆中微子和陶中微子;由於量子效應,它們在時空傳播過程中可相互轉換,類似於川劇的變臉表演,在時空轉變的剎那就能換了模樣,這就是著名的中微子振盪現象。通過建造不同的探測器來研究中微子的振盪行爲,人類得以部分窺見宇宙物質形成的基本規律,但中微子本身仍有許多未解之謎,如中微子的絕對質量爲幾何,它們是否爲自身的反粒子等。對中微子更深入的探究,或再次顛覆我們對基本物理規律的認知。

宇宙中產生中微子的源頭有很多,如宇宙大爆炸、超新星爆發、雙中子星併合、黑洞爆發等極端的天體物理過程;如果暗物質是基本粒子,也可能通過相互湮滅或自發衰變產生中微子。由於其幽靈般的特性,中微子穿透力極強,可輕鬆逃逸極端、緻密的天體環境,攜帶着其中劇烈的物理過程信息,是研究極端宇宙的理想信使。早在1912年,物理學家就發現地球大氣持續地經受太空高能離子(又名“宇宙射線”)的轟擊,並催生大量能到達地面的次級輻射,或與地球的生命起源演化息息相關。但因爲宇宙射線在星際傳播受磁場作用發生方向偏轉,其源頭至今仍是個謎。而由宇宙射線反應而產生的中微子一旦被探測到,就能追根溯源,因此可通過探測高能天體中微子源來一錘定音地解答宇宙射線起源的百年謎題。

中微子天文學的思想起源於1960年馬可夫提出的在深海或湖裏建造切倫科夫光探測元件陣列的建議;目前在地中海的 Antares/KM3NeT和在貝加爾湖的 Baikal/GVD項目均在策劃中,但在海水中建設中微子望遠鏡難度較高,目前國際上最知名的中微子望遠鏡冰立方(IceCube)就選擇將探測器陣列建在2500米深的南極冰層中。冰立方(IceCube)於2010年建成,目前是世界最大的中微子探測器。2013年,冰立方首次探測到一個來自地外的彌散高能中微子流,叩開了高能中微子天文學的大門;然而,這個中微子流既沒有集聚跡象,也沒明確地指回任何已知的天體源,這說明地球附近的宇宙中並不存在強烈輻射高能中微子的天體源。若要有效地尋找高能中微子的天體源,仍需提升下一代中微子望遠鏡的探測靈敏度。當下,歐美都在積極地籌建性能大大優化的二代中微子望遠鏡,預期在2030年前後建成;屆時中微子天文學領域或實現重大突破。

2018年9月,徐東蓮回國加盟李政道研究所,同年11月她的“中微子天文學的研究”項目獲得了“海外高層次青年人才專項”支持,主要開展中微子望遠鏡的選址和探測器原型樣機研發,她在國際合作組時的“夢想”逐漸被描繪成一張令人振奮的藍圖,也吸引了來自上海交大和其他高校與科研機構的一大批志同道合的科學家和工程技術專家。2020年8月徐東蓮代表“海鈴計劃”團隊,在全國高能物理髮展戰略研討會(青島)上做大會邀請報告,正式提出了南海中微子望遠鏡——“海鈴計劃”的建設規劃和行動計劃。

自2018年11月以來,經過縝密論證及相關儀器、裝備的研製,作爲“海鈴計劃”前期預研論證項目,“海鈴探路者”海試團隊於近日成功在預定海域布放數套自研的實驗儀器,不僅原位採集到3500米海深的超過1TB的珍貴數據,還針對全水深海水相關性質進行掃描、檢測。經初步分析,驗證了預選海域作爲中微子望遠鏡候選臺址的可行性。此外,團隊還成功布放了一套可長期監測海底流場、生物活動、沉積物及檢驗望遠鏡元器件的潛標,爲後續望遠鏡陣列的設計和長期運維提供依據。

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