中国正在南海率先建设世界首个近赤道的中微子望远镜，并计划在后期大规模建设中达到国际最先进水平。从贝加尔湖到地中海，再到南极冰层深处“冰立方”，加之大陆“海铃计划”新蓝图上的这台中微子望远镜，各国纷纷扎进大洋大海大湖，在深水中侦听并捕捉宇宙中的“幽灵信使”——中微子。
10月10日上午，“海铃”团队在上海交通大学李政道研究所宣布“海铃”中微子望远镜完成概念设计，相关论文北京时间9日深夜在国际上发表于《自然·天文》杂志。
李所内的“海铃探路者”模型。
想要“穿越宇宙来看你”，或者“穿透地球来找你”，中微子当仁不让。约140亿年前宇宙大爆炸，形成构成全宇宙的最小物质单元——基本粒子。作为一种看不见、摸不着的基本粒子，中微子并不带电，质量极其微小，只参与物质之间非常微弱的弱相互作用。
宇宙大爆炸、超新星爆发、双中子星并合、黑洞爆发均伴随着海量中微子产生，而连高能光子也无法逃逸的黑洞，中微子却能从中逃出。无数的它们轻松穿过这样的致密天体环境，而且不改变方向，不远“亿万光年”光临地球，携带大量天体物理信息。至今，已知的3类中微子，共产生了4座诺贝尔奖。
中微子如幽灵般难以捕获，必须在极深处、无人区建立超大体积、超级灵敏的粒子探测器，才能“见微知著、静听寰宇”，更精确地定位遥远而神秘的中微子源。
解放日报·上观新闻记者了解到，作为目前世界最大的中微子望远镜，冰立方（IceCube）就埋藏在南极冰层以下1.5到2.5公里，由5000多个“光学舱”形成方圆1公里以上的探测器阵列。其2013年发现银河系外的高能中微子，开启中微子天文学新时代。去年，它又新发现鲸鱼座中距离地球4700万光年的活动星系NGC1068。
在“海铃计划”负责人、中国科学院院士景益鹏看来，通过“幽灵信使”直接回指源头，探索极端宇宙，不仅可以解开太空中宇宙射线起源的世纪之谜，还能检验时空对称性、寻找量子引力并间接寻找暗物质。
有意思的是，除了可以“上知天文”，探测中微子还能“下知地理”，因为只有中微子可以穿越整个地球，利用这些粒子就能为地球做CT，真正透视全球。在“海铃计划”中，中微子望远镜的探测器阵列正是贴着海底，侦测从地球对面穿透过来的中微子信号。
徐东莲报告。
据悉，“海铃”台址位于南海北部一个深约3.5公里的深海平原，海底数百米高度范围内流速非常平缓。深海海水测得的放射性，与普通海水的公开数据一致。由于位于赤道附近，“海铃”望远镜可以通过地球的自转探测360度全天域的中微子，实现对不同方向中微子的无死角观测。这与南极“冰立方”以及北半球的其他中微子望远镜，形成了完美互补。
解放日报·上观新闻记者了解到，“海铃”探测器阵列由1200根垂直线缆组成，每根线缆长约700米，互相间距70到100米，像海藻一样垂直锚定于平整的海床上，各条线缆共连结着2.4万个探测球。整个近似圆柱形的阵列直径约4公里，总占地面积约为12平方公里，设计寿命为20年。
作为新论文通讯作者，“李政道学者”徐东莲2008年从中科大毕业后，在美10年完成博士后研究，其间在“冰立方”建成之初就赴南极极点，后于2018年归国加盟李政道研究所粒子与核物理研究部。
2021年，由徐东莲担任航次首席科学家的“海铃探路者”项目团队完成首次南海海试，共有来自上海交通大学、北京大学、清华大学、中国科学技术大学、自然资源部第二海洋研究所、向阳红03号科考船等的近80位科研人员与技术人员共同参与。此次任务研制了适用于4000米深海环境、携带高灵敏感光元件的探测球舱和相应的深海布放系统，验证了候选海域作为中微子望远镜台址的可行性。
探测球（资料照片）
在科技部、上海市科委和上海交通大学支持下，已启动的“海铃（TRIDENT）”一期项目拟在选定海域先建设10根望远镜串列，并通过长距离海缆连接南海某岛基地。预计2026年成为世界首个近赤道的小型中微子望远镜，开展对银河系内外的天体源搜索，并完成建设大阵列的全链技术验证。海铃计划的终极大阵列则有望超越升级后的二代“冰立方”，预期在2030年前后成为国际上最先进的中微子望远镜。
题图来源：上海交大 图片来源：除资料图片外，李茂君 摄
来源：作者：徐瑞哲