立方千米中微子望远镜（KM3NeT）效果图

在西西里岛海岸约80公里外，地中海海面下3500米深处，隐藏着一台非同寻常的望远镜，它是建设中的立方千米中微子望远镜（缩写：KM3NeT）的一部分。

最近，其科学团队已经宣布，探测到了迄今能量最高的宇宙中微子，这是人类在探索极端宇宙未知领域的重大进展。相关研究已经发表在2月12日的《自然》杂志上。

深海中的巨型探测器

立方千米中微子望远镜（KM3NeT）是由来自21个国家（包括中国）的300多名科学家和工程师共同打造的巨型深海望远镜。望远镜包括两个探测器，分别位于意大利西西里岛和法国土伦附近的地中海海底，深度则分别达到3500米和2450米。

KM3NeT布放在海底的光探测器

建成后，它将由6000多个悬挂在漆黑深海中的光探测器组成，占据约一立方公里的海底空间。

在深海中，KM3NeT不受阳光等普通光源的干扰，电子、质子等其他粒子在到达探测器之前也会被海水吸收。在已知的所有粒子中，只有难以捉摸的中微子能够一路到达KM3NeT。

这就是为什么KM3NeT要放在海底的原因：为了接收到中微子，而且只能接收到中微子。

中微子：神秘的“幽灵粒子”

中微子是一种基本粒子，不带电，质量极小。它与物质的相互作用非常微弱，能够穿透数千米的海洋，甚至是整个地球。正因为它的这些特性，中微子的探测极其困难，常被科学家称为“幽灵粒子”。

当中微子穿过KM3NeT时，探测器会记录下蓝色闪光，让科学家了解粒子的速度和来源。

实际上，大多数中微子都会悄无声息地穿过探测器。但也有极少数中微子会偶然与水分子发生碰撞，同时产生更多的其他粒子。当这些粒子穿过水时，可以激发蓝色闪光，能够被KM3NeT上的光探测器探测到。

通过分析这种蓝色闪光，并测量每次闪光的时间，科学家可以还原中微子的原始能量和来源方向。

惊人发现：史上最高能中微子

2023年2月13日，KM3NeT探测到了一个速度极快的中微子，能量达到220千兆电子伏特，能量是之前探测到的任何中微子的30倍。

这种能量级别是一个什么概念呢？它比太阳中心的典型粒子高出100万亿倍，是医用X射线的1万亿倍，也是最危险的放射性粒子的100亿倍。即便是地球上最大的粒子加速器，也无法产生能量为这颗中微子万分之一的粒子。

简而言之，一颗粒子拥有如此高的能量，实属罕见。

看到这里，你一定非常好奇，中微子与物质之间的相互作用非常微弱，为什么一颗中微子会拥有如此强大的能量？什么样的宇宙事件能够创造出这样的粒子？

答案是：我们还不确定。超新星爆发、伽马射线暴这类宇宙中的极端事件都可能产生高能中微子。

当然，还存在其他可能。星系中心的超大质量黑洞质量是太阳的数百万至数十亿倍。当物质被这些黑洞吞噬时，也可能产生高能中微子。

此外，以上几种极端事件中产生的高能宇宙射线，在穿越宇宙的途中还可能与光子发生碰撞，从而产生高能中微子。

那么，此次高能中微子来自哪里呢？

KM3NeT的数据显示，此次探测到的高能中微子来自南天星空的某个位置。若其源于极端爆炸或活跃星系核，理论上可用其他望远镜追溯到源头。

澳大利亚平方千米阵探路者的部分天线

目前，悉尼西部大学的研究团队正利用南半球最大的射电望远镜——澳大利亚平方千米阵探路者（缩写：ASKAP）， 跟进 KM3NeT 的探测结果。然而，对于此次探测到的中微子，研究人员暂未发现与其对应的明显射电源。

ASKAP射电望远镜已经对南天星空进行了大量观测，发现了许多超新星遗迹和活动星系核。遗憾的是，由于KM3NeT 提供的位置数据不够精确，此次高能中微子的溯源工作仍在继续进行。

尽管KM3NeT的建设工作还没有最终完成，但科学家探索极端宇宙的窗口正缓缓打开，未来有望揭开更多宇宙高能现象背后的秘密。

参考资料：

https://theconversation.com/3-5-kilometres-underwater-scientists-found-a-staggeringly-energetic-particle-from-outer-space-249590

编译：文星

策划：刘颖 张超 李培元 杨柳

审核：北京天文馆研究馆员 李昕

来源：蝌蚪五线谱——科普中国