中国正在建造世界上最大的水下望远镜,以寻找“幽灵粒子”

flyaway 2023-10-19 10:42:55

中国科学家正在建造世界上最大的“幽灵粒子”探测器,该探测器位于海面下11500英尺(3500米)处。

热带深海中微子望远镜(TRIDENT)——中文名为“海铃”或“海洋钟”——将被锚定在西太平洋的海底。2030年完工后,它将扫描由难以捉摸的粒子在海洋深处短暂可见时发出的罕见闪光。

每秒钟,大约有1000亿个幽灵粒子,被称为中微子,穿过你身体的每平方厘米。然而,正如它们令人毛骨悚然的绰号所言,中微子不存在电荷,质量几乎为零,这意味着它们几乎不与其他类型的物质相互作用。

但是,通过减慢中微子的速度,物理学家可以追溯到数十亿光年外的一些粒子的起源,追溯到古老的、灾难性的恒星爆炸和星系碰撞。

这就是海洋钟的由来。

该项目首席科学家徐东联在10月10日的新闻发布会上告诉记者:“利用地球作为盾牌,TRIDENT将探测到从地球另一侧穿透的中微子。”“由于三叉戟靠近赤道,它可以随着地球的旋转接收来自各个方向的中微子,从而实现无盲点的全天观测。”

中微子无处不在——它们是仅次于光子的宇宙中最丰富的亚原子粒子,在恒星的核火、巨大的超新星爆炸、宇宙射线和放射性衰变以及地球上的粒子加速器和核反应堆中都能产生中微子。

尽管中微子无处不在,但它们与其他物质的相互作用微乎其微,这使得中微子很难被探测到。1956年,人们首次在核反应堆中发现了中微子,许多中微子探测实验已经发现了来自太阳的粒子对我们的持续轰击;但这个级联掩盖了宇宙射线撞击地球大气层时产生的更罕见的中微子,其来源仍然是神秘的。

中微子完全不受阻碍地穿过大多数物质,包括我们的整个星球,但它们偶尔会与水分子相互作用。当中微子穿过水或冰时,它们有时会产生一种叫做μ子的粒子副产品,这种粒子会发出闪光。通过研究这些闪光的模式,科学家们可以重建中微子的能量,有时甚至是中微子的来源。

但是为了增加幽灵粒子相互作用的机会,探测器必须放置在大量的水或冰下。

中国巨大的新探测器将由超过24000个光学传感器组成,这些传感器串在1211根绳子上,每根绳子长2300英尺(700米),将从海底的锚定点向上摆动。

探测器将以彭罗斯平铺图案布置,直径为2.5英里(4公里)。当它投入使用时,它将扫描7.5立方公里范围内的中微子。目前世界上最大的中微子探测器冰立方(IceCube)位于南极洲的阿蒙森-斯科特南极站,它的监测面积只有1立方公里,这意味着三叉戟将明显更敏感,更有可能发现中微子。

科学家们表示,试点项目将于2026年开始,整个探测器将于2030年投入使用。

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