今年早些时候,地中海的一个水下探测器发现了迄今为止能量最高的微中子。科学家们仍在讨论这件事,因为这项发现可能意义重大。这种微中子,也被称为“幽灵粒子”,不仅可能逃离了伽马射线暴或超大质量黑洞,也可能由超强宇宙射线与宇宙微波背景(CMB)相互作用产生。
后一种情况,我们很快就会谈到,可能意义重大。而且,探测到这个粒子的探测器甚至还没有完全建成——一旦组装好,谁知道它能完成什么。“我们很高兴观测到这一事件,并且渴望并好奇更多,”KM3NeT的发言人,阿姆斯特丹大学的Paul de Jong告诉Space.com。
该微中子于2023年2月13日被欧洲联盟资助的“立方公里微中子望远镜”探测到。微中子是幽灵般的粒子,因为它们几乎没有质量,而且很少与其他形式的物质相互作用,这使得它们很难被探测到。每秒都有数万亿个微中子穿过你的身体,但你却无法察觉。科学家们必须有耐心才能发现哪怕一个微中子。
现代微中子探测器被放置在水中,特别是在黑暗中。有时,水被储存在一个水箱中,就像加拿大萨德伯里微中子观测站和日本的神冈探测器一样。其他时候,水被冻在地下,就像在南极的冰立方望远镜一样。但微中子探测器也可以直接浸入海中,KM3NeT就是这种情况,它延伸到海浪下3.5公里(2.17英里)的深度。
水如此重要的原因是,偶尔,微中子会与水分子相互作用。涉及的能量可能非常巨大,以至于碰撞将水分子分解成一堆子核和粒子,特别是μ子。μ子的运动速度很快,几乎与真空中的光速一样快,而且肯定比光在水中传播得更快——水的折射率使光的速度减慢到大约每秒738,188,976英尺(每秒225,000,000米),而真空中的光速是每秒983,571,056英尺(每秒299,792,458米)。由于μ子的运动速度比光在水中快,它们会发出相当于音爆的闪光。这种光被称为切伦科夫辐射。
KM3NeT由两个探测器组成。第一个探测器,称为ORCA,位于法国海岸外2,450米(8,038英尺)的深度,旨在研究微中子如何在不同类型的微中子之间振荡。另一个探测器,也就是发现了新的高能微中子的探测器——已被编目为KM3-230213A——称为ARCA,位于西西里岛海岸外。
ARCA和ORCA都仍在建设中。完成后,ARCA将拥有230条垂直探测线下降到海里。每条线都将排列18个光学模块,其中包含31个光电倍增管,可以探测到深处黑暗中的切伦科夫辐射闪光。在ARCA探测到KM3-230213A时,只有21条探测线在运行。