如何“見微知著”，通過中微子探索極端宇宙？

9月10日上午，2023年浦江創(chuàng)新論壇全體大會上，李政道學(xué)者、李政道研究所副教授徐東蓮帶來了關(guān)于極端宇宙探索的分享。

全體大會現(xiàn)場 主辦方 供圖

徐東蓮說，人類一直是用光來探索宇宙的，得到了今日的宇宙觀，宇宙起源于140億年前的大爆炸，創(chuàng)造了時空和萬物，包括宇宙中的基本粒子，他們是構(gòu)成宇宙最小的單元。其中，中微子很神奇，不帶電，只參與弱相互作用和引力作用。他們可以從致密的天體環(huán)境當(dāng)中逃離出來，他們也能用于研究極端宇宙。

“宇宙中產(chǎn)生中微子的源頭非常多，都和極端的物理過程相關(guān)，比如宇宙大爆炸時的中微子，充斥著每一寸的宇宙空間。太陽核聚變產(chǎn)生海量的中微子，我們地球的生命體是浸泡在太陽產(chǎn)生的中微子的海洋里面?！毙鞏|蓮說，每一秒鐘有百億個太陽中微子穿越我們的指甲蓋。

而最高能量端就是來自宇宙深處的黑洞，被預(yù)言會產(chǎn)生超高能的中微子，到達(dá)地球的通量很低，徐東蓮說大約等待100倍宇宙年齡才能等到一個黑洞中微子穿越我們的身體。

徐東蓮說，一些黑洞附近致密的環(huán)境下，光子可能會被吸收掉，只有中微子可以逃逸，通過捕捉這些中微子就能找到源頭，通過中微子研究極端的宇宙是一個獨特的探偵。

“我們要捕捉他們就要建設(shè)非常大型的中微子望遠(yuǎn)鏡來達(dá)成，1960年蘇聯(lián)理論物理學(xué)家提出可以在深海里面安裝陣列式的光敏探測器，捕捉中微子反應(yīng)產(chǎn)生的次級粒子產(chǎn)生的光。隔點陣列要達(dá)到立方公里的監(jiān)控體量。南極的冰立方就是首個達(dá)到立方公里體量的中微子望遠(yuǎn)鏡?！毙鞏|蓮說，冰立方2010年建成，2013年首次發(fā)現(xiàn)并開啟了中微子天文學(xué)新的時代。

據(jù)徐東蓮?fù)嘎叮?022年冰立方用了10年累計的數(shù)據(jù)成像出了距離地球4700萬光年外的活動星系，這個活動星系黑洞被大量的塵埃覆蓋，高能光子也無法逃逸，但是中微子逃逸了。冰立方打開了通過中微子研究極端宇宙的新的窗口，現(xiàn)在全球范圍內(nèi)都在緊鑼密鼓地開展籌建下一代性能大幅提升的中微子望遠(yuǎn)鏡。

“宇宙是無窮的，性能大幅提升的中微子望遠(yuǎn)鏡為我們獲得大幅提升的天體中微子的搜集統(tǒng)計量，通過數(shù)據(jù)共享可以聯(lián)合全球的科學(xué)家對這些極端天體現(xiàn)象進(jìn)行挖掘，進(jìn)一步理解極端宇宙?！毙鞏|蓮說，中微子望遠(yuǎn)鏡一個顯著的特征就是它可以把整個地球作為一個屏蔽體，探求地球?qū)γ娲┰蕉鴣淼闹形⒆樱梢酝ㄟ^中微子望遠(yuǎn)鏡接收地球?qū)γ娲┬卸鴣淼闹形⒆?，實現(xiàn)對地球做CT，透視地球。

徐東蓮也是“海鈴計劃”的首席科學(xué)家，“海鈴計劃”旨在探索建設(shè)中國首個深海中微子望遠(yuǎn)鏡，通過捕捉高能天體中微子來探索極端宇宙，她期待著可以實現(xiàn)見微知著，靜聽寰宇。