上海交大李政道研究所发布南海中微子望远镜“海铃计划”蓝图
在中国南海北部的一片深约3500米的深海开阔盆地,将有1200根垂直线缆,并悬起24000个光学探测球舱,组成一大片“海铃”,在深水中侦听并捕捉宇宙中的“幽灵信使”——中微子。10月10日,上海交大李政道研究所发布南海中微子望远镜“海铃计划”蓝图,该计划将探索宇宙射线起源世纪之谜。
中微子是宇宙中数量最多的次原子粒子之一(注:光子最丰富,中微子次之),每秒钟就有数百万亿个太阳中微子穿透我们的身体。由于中微子可以轻松逃逸致密宇宙和天体环境而不改变方向,因此成为研究极端宇宙的理想信使,是了解宇宙大爆炸、黑洞爆发机制,解答宇宙射线起源的密钥。
(中国科学院院士、海铃计划负责人景益鹏 摄影:魏娜)
“南海的深处非常宁静,没有光污染等,适合安装探测设备。”中国科学院院士、海铃计划负责人景益鹏介绍,在过去十年中,很多国家在水中建设中微子望远镜,如世界最大、最灵敏的中微子望远镜冰立方(IceCube)选择将探测器阵列建在2500米深的南极冰层中;地中海的KM3NeT和在贝加尔湖的Baikal-GVD项目均有部分深水中微子望远镜阵列在运行中。如今,世界主要发达国家都在积极筹建性能优化的二代中微子望远镜,提升探测灵敏度的同时更精确地定位中微子源,因此,李政道研究所发布的“海铃计划”科学意义极其重大。
2021年9月,由上海交通大学牵头的“海铃探路者”项目团队完成首次海试任务。由徐东莲担任航次首席科学家,海洋工程专家田新亮担任领队,共有来自上海交通大学、北京大学、清华大学、中国科学技术大学等机构的近八十位科研人员与技术人员共同参与,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。
(海铃计划首席科学家、李政道学者徐东莲 摄影:魏娜)
海试为“海铃计划”的后续推进奠定了基础。海铃计划首席科学家、李政道学者徐东莲告诉记者,预选天文台台址于位于赤道附近,海铃可以通过地球的自转探测360度全天域的中微子,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的互补。
海铃团队还创新提出新型混合探测球舱概念设计,将舱内表面紧密覆盖了多个能探测到单光子的光电倍增管(PMT),形成类似于果蝇的复眼结构,同时巧妙地利用PMT之间的空隙安装超快时间响应的硅光电倍增管,进一步优化中微子探测性能,将能实现无死角地观测不同方向的中微子。
(海铃计划构想图 阵列成潘路斯Penrose密铺几何)
记者了解到,海铃一期拟在选定海域建设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将包括约1200根望远镜串列,超越升级后的冰立方,预期在2030年前后成为国际上最先进的中微子望远镜。(光明日报全媒体记者颜维琦 通讯员 魏娜)
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