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“海铃计划”:监测水体超过100万个北京“水立方”

2021-09-22 10:55:39来源:文汇报

宇宙的起源、宇宙中更遥远处发生着什么,这些信息在宇宙的基本单元之一中微子里都可以寻找到线索。上海交通大学牵头的海铃计划正是通过对中...

宇宙的起源、宇宙中更遥远处发生着什么,这些信息在宇宙的基本单元之一中微子里都可以寻找到线索。上海交通大学牵头的“海铃计划”正是通过对中微子的研究来研究高能物理世界的重大项目,希望能在2030年左右建成首个中国主导的深海中微子望远镜。日前,这一计划取得重要进展,“海铃计划”探路者项目团队已完成各项预定海试任务并安全抵沪,为“海铃计划”后续推进奠定坚实基础。

按计划,“海铃计划”完成后,监测水体超过100万个北京“水立方”、1000个西湖。这一深海望远镜项目在南海随着地球自转可以监测到更广阔的天区,为多信使的天文学研究增加新的支持。在中微子研究进展之后,还能进一步对地球内部进行断层扫描,了解地球内部的奥秘。

本航次由上海交通大学李政道学者徐东莲担任首席科学家,海洋工程学者田新亮担任领队。这个平均年龄只有25岁的团队集中了上海交通大学、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等机构的30多位科研人员、技术人员。

“海铃计划”完成后将完备我国的多信使天文网,推动粒子物理、天体物理、地球物理、海洋地理、海洋生物等前沿交叉研究。

中微子是构成宇宙的基本单元之一,也是宇宙中数量最多的粒子,几乎每时每刻都在产生。它不带电、且与物质相互作用极弱,极难被捕捉,但它穿透力极强,可轻松逃逸极端、致密的天体环境。

宇宙大爆炸、超新星爆发、双中子星并合、黑洞爆发等极端的天体物理过程中都会产生中微子;如果暗物质是基本粒子,也可能通过相互湮灭或自发衰变产生中微子。中微子由于其幽灵般的特性,携带剧烈的物理过程信息,是研究极端宇宙的理想信使,一旦被探测到,就能追根溯源,一锤定音地解答宇宙射线起源的百年谜题。

此前,中国的广东江门核电站就设有中微子观测设备。目前国际上最知名的中微子望远镜“冰立方”(IceCube)就选择将探测器阵列建在2500米深的南极冰层中。地中海、俄罗斯贝加尔湖区域均有相关项目在策划中。其中,2010年建成的“冰立方”至今已超过100次“捕捉”到中微子,但数量仍不足以解释宇宙天体演变的规律。而且,设在南极的“冰立方”监控的是来自北天区穿透地球的中微子,观测的范围有限。

若要有效寻找高能中微子的天体源,仍需提升下一代中微子望远镜的探测灵敏度。当下,欧美都在积极筹建性能大大优化的二代中微子望远镜,预期在2030年前后建成,届时中微子天文学领域或实现重大突破。

自2018年11月以来,经缜密论证及相关仪器、装备的研制,作为“海铃计划”前期预研论证项目, “海铃探路者”海试团队已于近日成功在预定海域布放数套自研的实验仪器,不仅原位采集到3500米海深的、超过1TB的珍贵数据,还针对全水深海水相关性质进行扫描、检测。经初步分析,验证了预选海域作为中微子望远镜候选台址的可行性。(记者姜澎)

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