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科學家提議在太平洋建造中微子望遠鏡

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中微子是宇宙中最難以捉摸的粒子之一,僅次於超神秘的暗物質。 它們參與弱核相互作用並負責核聚變和衰變。 每當發生核事件時,都會有中微子。 例如,太陽的核心是一個巨大的核聚變反應,所以它當然會產生相當多的中微子。 科學家說,如果你能將拇指舉到太陽上,每秒大約有 60 億個中微子會穿過你的拇指指甲。 但是中微子很少與物質相互作用,即使每秒有數万億個中微子穿過你的身體,但在你的一生中,實際擊中你身體的中微子總數不超過一個。

中微子是如此幽靈,以至於幾十年來物理學家一直認為這些粒子根本沒有質量,並以光速穿越宇宙。 最近的研究證明,中微子很少,但它們很重要。 確切的質量數量是積極科學研究的主題。 中微子分為三種類型:電子中微子、介子中微子和τ中微子。 每一種都涉及不同類型的核反應,不幸的是,這三種類型的中微子都具有在旅行時改變身份的不可思議的能力。

科學家提議在太平洋建造中微子望遠鏡

中微子質量在粒子物理學的標準模型中沒有解釋,這是我們當前和最好的基本相互作用理論。 所以物理學家想做兩件事:測量這三種中微子的質量,並了解這些質量的來源。 這意味著他們必須進行大量的實驗。

例如,日本的神岡實驗使探測超新星 1987A 發射的中微子成為可能。 為此,他們需要一個裝有 50 多噸水的水箱。 南極洲的冰立方中微子天文台決定提高標準。 這個天文台由南極一立方公里的固體冰組成,數十個艾菲爾鐵塔大小的接收器串浸入冰中一公里。 經過十年的運行,冰立方已經探測到了一些歷史上最活躍的中微子,並朝著尋找它們的起源邁出了第一步。

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為什麼神岡和冰立方都使用這麼多水? 科學家們說,幾乎任何東西的一大塊都可以成為中微子探測器,但純淨水是理想的。 當經過的數万億個中微子中的一個與隨機水分子碰撞時,它會發出短暫的閃光。 天文台包含數百個感光器,水的純度使這些檢測器能夠非常精確地確定閃光的方向、角度和強度(如果水中有雜質,則很難重建閃光從何而來。體積)。

這些研究適用於搜索普通的“日常”中微子。 但最有活力的中微子極為罕見——它們是最迷人、最有趣的,因為它們只能由宇宙中最大的巨大事件引起。

不幸的是,經過十年的觀察,冰立方的全部力量只能捕捉到少數這些超強中微子。 太平洋中微子實驗 (P-ONE) 計劃的團隊提議將太平洋孤立但廣闊的一塊區域變成中微子探測器。 據推測,長達千米的光電探測器串將下降到海底,並附有浮標,這樣探測器就可以像巨大的機械藻類一樣垂直站立在水中。

科學家提議在太平洋建造中微子望遠鏡

目前,P-ONE 設計包括 10 個 20 弦簇,每個簇包含 1400 個光學元件。 這是一共 個光電探測器漂浮在數公里外的太平洋中。 當中微子撞擊海水並產生小閃光時,探測器將能夠對其進行跟踪。

但太平洋遠非干淨,鹽分、浮游生物和各種魚類廢物四處飄蕩。 這將改變燈絲之間光的行為,使其難以準確測量。 因此,科學家們指出,該實驗將需要不斷校準以調整所有變量並可靠地跟踪中微子。 然而,P-ONE 團隊正在為此努力,並且已經計劃創建一個較小的兩流演示作為概念證明。

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