我國首個深海中微子望遠鏡建造"海鈴計劃"迎來新進展

"海鈴計劃"探路者項目團隊旨在探索中國第一台深海中微子望遠鏡的建設，《新民晚報》記者易偉說。

新民晚報（記者易偉）宇宙射線在星際傳播時受到磁場方向的偏轉，其來源仍是個謎。宇宙射線反應産生的中微子一旦被發現，可以追溯到它們的根源，是以宇宙射線起源的百年之謎可以通過檢測高能物體中的中微子源來解決。對于這個謎題，中國已經從深海向宇宙敞開了視野，計劃在南中國海建造第一台深海中微子望遠鏡。

記者今天從上海交通大學李正道研究所獲悉，旨在探索建設中國第一台深海中微子望遠鏡的"海鈴工程"探路者項目組已完成各項預定海試并安全抵達上海，為後續工作奠定了堅實的基礎。海陵計劃通過捕捉高能物體中的中微子來探索極緻宇宙，在中國建立完整的多信使天文網絡，促進粒子實體學、天體實體學、地球實體學、海洋地理學、海洋生物等方面的跨領域研究，具有許多原創性科學發現發展的巨大潛力。

目前，歐美都在積極準備建造以10倍靈敏度為目标的第二代中微子望遠鏡，預計在2030年左右建成中微子天文領域或取得重大突破。海陵項目由上海交通大學李正道研究所牽頭，由中國科學院院士荊毅鵬牽頭，首席科學家為李正道學者徐冬蓮，邀請在科工各個領域具有豐富經驗的院士和頂尖科學家擔任項目顧問。

中微子天文學的想法起源于馬爾科夫在1960年提出的在深海或湖泊中建立一系列切倫科夫光探測元件的提議。地中海的Antares/KM3NeT項目和貝加爾湖的貝加爾湖/GVD項目都在計劃中，但在海中建造中微子望遠鏡很困難，而世界上最着名的中微子望遠鏡IceCube于2010年在2，500米的南極冰層中建造，是世界上最大的中微子探測器。

2013年，Ice Cube首次探測到來自地球以外的高能中微子的擴散流，為高能中微子天文學打開了大門。然而，這種中微子流既沒有顯示出聚集的迹象，也沒有明确提到任何已知的天體來源，這表明在地球附近的宇宙中沒有高能中微子的強輻射源。為了有效找到高能中微子的來源，下一代中微子望遠鏡的探測靈敏度有待提高。

随着地球的自轉，位于南海的"海鈴"将具有"時間和地點"的優勢，建成後可以"看到"銀河系的中心，真正實作對天空的全敏感巡邏。

徐冬蓮介紹，"海鈴"電纜放置了防高壓光球隔間，以保持深海環境中的高水壓工作;該團隊現已在多個領域取得了突破，包括新的光學子產品，可以将現有裝置的容量提高50-100%，初步模拟結果在今年7月的國際宇宙射線大會上進行了展示。"冰立方的大小為1立方公裡，我們将要建造的海鈴将比冰立方大10倍，這取決于宇宙中的'怪物'，超高能中微子。看看宇宙中的"怪物"——超高能中微子。"與江門制造的探測器相比，海鈴的目标是高能中微子。徐冬蓮做了一個非常生動的類比，"江門探測器需要編制一大張細網格網來捕捉海中的磷蝦，而'海鈴'需要編織一張特殊的網來捕捉鲸魚。"

仰望深海中的宇宙，可以保護大氣層免受混亂的影響。但是，在深海中建造巨大的探測器也需要尋找幹淨，發光的浮遊生物，寬闊，平坦的海底和平滑的洋流。海洋是安裝"尋路"電纜，探測海水光學、深海洋流、海底地理等特征，此次航行由上海交通大學李正道學者徐冬蓮擔任首席科學家，海洋工程學者田新良為領頭人，共有30多名來自上海交通大學的研究人員和技術人員，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院校。

據了解，"海鈴探路者"海試隊在預定海域放置了多台自研實驗儀器，就地采集了3500米海深超過1TB的珍貴資料，還對整個深海水域的相關性質進行了掃描、測試。經過初步分析，驗證了預選海區作為中微子望遠鏡候選地點的可行性。此外，該團隊還成功地為海底流場、生物活動、沉積物和測試望遠鏡元件制定了一套潛在目标，為後續望遠鏡陣列的設計和長期運作提供了基礎。

田新良表示，"海鈴"将占據相當于北京一百萬水立方水位的水位，将成為最大的人造海洋結構。"我們有複雜的跨學科挑戰，但我們彙集了多學科團隊，科學家的創造力和想象力是無限的，"他說。"

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中微子是構成宇宙的基本機關之一，是宇宙中粒子數量最多的一個。它不帶電，與物質的互相作用非常微弱，像幽靈一樣，不穩定，極難捕捉。中微子在1930年首次在理論上被預測，但直到1956年才被實驗觀察到。它們充滿了神秘感，科學家對它們本質的研究一再重新整理了我們對基本實體定律的了解，并獲得了四項諾貝爾獎。已知的中微子有三種類型，電子中微子、多微子和陶瓷中微子，由于量子效應，它們在時空傳播過程中可以互相轉化，類似于四川劇的變臉表演，在時空變換的時刻可以改變，這就是著名的中微子振蕩現象。通過建構不同的探測器來研究中微子的振蕩行為，人類可以部分地瞥見宇宙中物質形成的基本規律，但中微子本身仍有許多未解之謎，比如中微子的絕對品質是否是幾何學的，它們是否是自己的反粒子等等。對中微子的更深入探索可能會再次颠覆我們對基本實體定律的了解。

宇宙中中微子的來源很多，如極端的天體實體過程，如大爆炸，超新星爆炸，中子星凝聚和黑洞爆發;由于其幽靈般的特性，中微子極具穿透力，能輕易逃脫極端、密集的天體環境，攜帶着強烈的實體過程資訊，是研究極端宇宙的理想信使。早在1912年，實體學家就發現，地球大氣層繼續承受太空中高能離子（又稱"宇宙射線"）的轟擊，并産生大量可以到達地面的二次輻射，或者與地球上生命的進化密切相關。

徐冬蓮在冰立方合作小組學習工作多年，是近年來活躍于中微子天文學領域的年輕學者。多年來，她發展出一個"夢想"，在中國的帶領下，在南海建造一架中微子望遠鏡。2018年9月，徐冬蓮回國加盟李正道研究院，同年11月，她的"中微子天文學研究"項目獲得了"海外高層次青年才俊專項"的支援，主要進行中微子望遠鏡和探測器原型的定位研發，她在國際合作小組中的"夢想"逐漸被描繪成一幅激動人心的藍圖， 同時也吸引了來自上海交通大學等高校和研究機構的大量志同道合的科學家和工程專家。2020年8月，徐冬蓮代表海陵工程組在全國高能實體發展戰略研讨會（青島）上作了邀請報告，正式提出了南海中微子望遠鏡海鈴工程的建設計劃和行動計劃。