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科学家提议在太平洋建造中微子望远镜

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中微子是宇宙中最难以捉摸的粒子之一,仅次于超级神秘的暗物质。 它们参与弱核相互作用并负责核聚变和衰变。 每当发生核事件时,就会有中微子。 比如太阳的核心就是一个巨大的核聚变反应,当然会产生相当多的中微子。 科学家们说,如果您可以将拇指对准太阳,每秒大约有 60 亿个中微子会穿过您的拇指指甲。 但是中微子很少与物质相互作用,即使每秒有数万亿和数万亿中微子穿过你的身体,但在你的一生中,实际撞击你身体的中微子总数不会超过一个。

中微子是如此幽灵般的存在,以至于几十年来物理学家一直认为这些粒子根本没有质量并且以光速穿过宇宙。 最近的研究证明,中微子很少,但很重要。 确切的质量是活跃的科学研究的主题。 中微子分为三种类型:电子中微子、μ子中微子和τ中微子。 每一种都参与不同类型的核反应,不幸的是,这三种类型的中微子都具有在行进过程中改变身份的不可思议的能力。

科学家提议在太平洋建造中微子望远镜

中微子质量在粒子物理学的标准模型中没有解释,这是我们目前最好的基本相互作用理论。 所以物理学家想做两件事:测量三种中微子的质量并了解这些质量从何而来。 这意味着他们必须进行大量的实验。

例如,日本的神冈实验使探测到超新星 1987A 发射的中微子成为可能。 为此,他们需要一个容量超过 50 吨的水箱。 南极洲的 IceCube 中微子观测站决定提高标准。 这个天文台由位于南极的坚固立方公里的冰组成,数十个艾菲尔铁塔大小的接收器串淹没在冰中一公里处。 经过十年的运行,IceCube 已经探测到一些历史上最具能量的中微子,并朝着寻找它们的起源迈出了第一步。

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为什么 Kamiokande 和 IceCube 都使用这么多水? 科学家们说,几乎任何东西的一大块都可以成为中微子探测器,但纯净水是最理想的。 当经过的数万亿个中微子中的一个与随机水分子碰撞时,它会发出短暂的闪光。 天文台包含数百个感光器,水的纯度使这些探测器能够非常精确地确定闪光的方向、角度和强度(如果水有杂质,则很难重建闪光来自哪里)体积)。

这些研究适用于寻找普通的“日常”中微子。 但能量最高的中微子极为罕见——它们是最迷人和最有趣的,因为它们只能由宇宙中最大的巨型事件引起。

不幸的是,经过十年的观察,冰立方的所有能量都只能捕获少数这些超强中微子。 太平洋中微子实验 (P-ONE) 计划的团队提议将一块孤立但广阔的太平洋变成中微子探测器。 假设一串千米长的光电探测器将沉入海底,并附有浮标,这样探测器就像巨大的机械藻类一样垂直立在水中。

科学家提议在太平洋建造中微子望远镜

目前,P-ONE 设计包括七个 10 串串,每个包含 20 个光学元件。 这是一共1400个光电探测器漂浮在距离数公里的太平洋上。 当中微子撞击海水并发出小闪光时,探测器将能够追踪到它。

但太平洋远非干净,到处漂浮着盐分、浮游生物和各种鱼类排泄物。 这将改变灯丝之间的光的行为,从而难以准确测量。 因此,科学家们指出,该实验将需要不断校准以调整所有变量并可靠地跟踪中微子。 但是,P-ONE 团队正在为此努力,并且已经计划创建一个较小的双流演示作为概念验证。

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