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“海铃计划”探路者项目取得重要进展 验证中国首个深海中微子望远镜选址可行性

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  中新网上海9月17日电 (记者 许婧)上海交通大学17日宣布,该校领衔的“海铃计划”探路者项目团队本月已完成各项预定海试任务并安全抵沪。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。本次科考也为“海铃计划”的后续推进奠定了坚实的基础。

  本航次由上海交大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,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等机构的30余位科研人员与技术人员共同参与。

  自2018年11月以来,经过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。

  此外,团队还成功布放了一套可长期监测海底流场、生物活动、沉积物及检验望远镜元器件的潜标,为后续望远镜阵列的设计和长期运维提供依据。

  “我们期待建成后能参与国际合作。”徐东莲说,“海铃计划”的中微子观测项目将于2030年前完工,建成后将形成约4km*4km的格点阵列,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。

  “海铃计划”由上海交通大学李政道研究所牵头开展,项目组组长为中国科学院院士景益鹏,首席科学家为徐东莲,旨在探索建设中国首个3千米以下深海海域的高能中微子望远镜项目,通过捕捉高能天体中微子来探索极端宇宙,构建中国完备的多信使天文网,将是一个能引领粒子物理、天体物理、地球物理、海洋地理、海洋生物等前沿交叉研究的大科学装置,并具备孕育多项原创科学发现的重大潜力。

  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。它不带电且与物质相互作用极弱,如幽灵一般,极难被捕捉。中微子在1930年首次被理论预言,但直到1956年才被实验观测到。宇宙中产生中微子的源头有很多,如宇宙大爆炸、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;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。由于其幽灵般的特性,中微子穿透力极强,可轻松逃逸极端、致密的天体环境,携带着其中剧烈的物理过程信息,是研究极端宇宙的理想信使。

  中微子天文学的思想起源于1960年马可夫提出的在深海或湖里建造切伦科夫光探测元件阵列的建议;目前在地中海的Antares/KM3NeT和在贝加尔湖的 Baikal/GVD项目均在策划中,但在海水中建设中微子望远镜难度较高,目前国际上最知名的中微子望远镜冰立方(Ice Cube)就选择将探测器阵列建在2500米深的南极冰层中。

  冰立方(IceCube)于2010年建成,目前是世界最大的中微子探测器。2013年,冰立方首次探测到一个来自地外的弥散高能中微子流,叩开了高能中微子天文学的大门;然而,这个中微子流既没有集聚迹象,也没明确地指回任何已知的天体源,这说明地球附近的宇宙中并不存在强烈辐射高能中微子的天体源。若要有效地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,欧美都在积极地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。

  徐东莲曾在冰立方合作组中学习、工作多年,是近年来活跃在中微子天文学领域的青年学者。通过在国际大合作组的日积月累,她逐步萌发了一个“梦想”——由中国主导在南海海域建设中微子望远镜。2018年9月,徐东莲回国加盟李政道研究所。2020年8月徐东莲代表“海铃计划”团队,在全国高能物理发展战略研讨会(青岛)上做大会邀请报告,正式提出了南海中微子望远镜——“海铃计划”的建设规划和行动计划。(完)

【编辑:朱延静】

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