中国正在为新型中微子探测器“海铃计划”选址

据悉，中国正在建造一个名为“TRIDENT（海铃计划）”的新型中微子探测器，即南海大型中微子望远镜阵列。该设施将在靠近赤道的南中国海建造。这台下一代中微子望远镜将具有更高的灵敏度，并将有助于解开宇宙射线及其起源的谜团。

宇宙中微子是来自遥远宇宙的快速信使。它们很难被探测到，只有在它们与其他物质相互作用的极少数情况下才能被探测到。

《自然天文学》上的一篇新论文介绍了中国新中微子观测站的计划。称这是“位于西太平洋的一台多立方公里中微子望远镜”，中国上海交通大学李政道研究所粒子与核部博士后研究员叶子平、博士生田玮以及北京大学天文系博士生胡帆为共同第一作者。

“中微子”的意思是“小的中性粒子”，除非你是物理学家，否则了解一下中微子的基础知识是有帮助的。

中微子（有三种亚型）在20世纪初被发现。它们没有电荷，质量极小。事实上，一些物理学家最初认为它们是无质量的。没有电荷，它们就不会与电磁力相互作用。它们只通过引力和弱核力相互作用。

中微子直接穿过地球。其中大部分来自太阳，它轰击着地球面向太阳的一面，每秒产生650亿颗。它们也有其他来源，包括超新星、核反应堆和其他东西，包括宇宙大爆炸。

但是，对宇宙中微子的研究对我们来说是最重要的，这也是中国新的 TRIDENT 天文台所关注的。宇宙中微子是宇宙射线撞击原子时产生的。

中微子是难以捉摸的，这意味着探测器必须智取它们。它们会被放置在废弃的矿井深处、海洋深处，甚至南极冰层深处。由于与世隔绝，这些天文台本身并不能感知到中微子。相反，他们能观察到罕见的中微子与常规物质相互作用的结果。

中微子可能是难以捉摸的，但它们的难以捉摸也对我们有利。

科学家们热衷于查明超高能量宇宙射线的来源。他们可以通过探测中微子来做到这一点，中微子被星系外的物体加速到相对论速度，比如，从活动星系核（AGN）喷射出来的喷流。由于中微子很少与任何物质相互作用，它们沿着长而直的路径行进，即使在密集的环境中也不会转向。如果你能检测到它们，你就能追踪到它们的来源。

大多数中微子观测站都是由大量的水或冰构成的。天文台由一串相连的探测器组成，冰立方（IceCube）中微子天文台就是这样的例子。

中国新的 TRIDENT 中微子天文台将由1211个望远镜串列组成，每个望远镜串列包含20个混合数字光学模块（hDOMs），垂直间隔30米，距离海平面以下约2800米至3400米。

探测器的体积是成功探测中微子的关键之一。天文台监测的水量越大，它探测到罕见中微子相互作用的可能性就越高。TRIDENT 将是世界上最大的中微子探测器，体积约为7.5立方千米。相比之下，冰立方中微子天文台的体积约为1立方千米。

探测器的效率则是另一个主要考虑因素。TRIDENT将具有前所未有的光子探测效率，结合其庞大的体积，它是真正的下一代中微子探测器。该论文指出“TRIDENT 打算突破中微子望远镜性能的极限，在天体物理中微子源的全天搜索中达到灵敏度的新前沿。”

TRIDENT 将以冰立方的成功为基础，进一步推动中微子科学的发展。冰立方在中微子探测圈因在2022年发现了一个特殊的星系外中微子候选源而闻名。它是“NGC 1068”，又名梅西耶77或Squid Galaxy。这是一个距离我们4700万光年的棒旋星系。这是一个活跃的星系，到目前为止的观测表明，梅西耶77的中微子可能有多个来源。

根据论文的描述，“TRIDENT预计将在一年内发现稳定的NGC 1068源。”

但是，建造这样一个设施是一项复杂的工作。在海平面以下2800米至3400米的地方，在1211根不同的串列上排列24220个连接器，形成几何图案并非易事。精确的全球时间戳对于任何探测都是必要的，这使系统进一步复杂化。探测器串列还必须固定在海底，这意味着任何旧的位置都不行。南中国海是一个高度动态的水体，TRIDENT团队已经在南中国海的北部确定了一个深海平原，可以满足中微子天文台的严格要求。深海平原是指坡度小于1:1000的海底大片平坦区域。

中微子传感器阵列非常敏感，它们必须按照严格的标准建造。这在海洋中很难做到。“TRIDENT”必须考虑不同深度的洋流、自然辐射、水温和盐度。这些都会影响观测，需要在天文台的设计中加以考虑。

虽然，中国已经在上海的一所大学建造了一个模拟器来实现他们的计划，但还有很多工作要做。目前，还没有给出一个完成日期。

鉴于中国在太空和天文学方面取得了一系列成功，包括建造世界上最大的射电望远镜。成功似乎是指日可待的。

该论文总结道：“南海大型中微子望远镜阵列（TRIDENT），中文名“海铃计划”，旨在快速发现多个高能天体物理中微子源，并极大地促进对所有类型的宇宙中微子事件的测量。”

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