深海"望远镜"KM3NeT探测到有史以来能量最高的幽灵粒子

水下 KM3NeT 望远镜探测到了一种能量破纪录的中微子--220 PeV，标志着天体物理学的一个关键时刻。这种微小而强大的粒子诞生于宇宙最极端的事件，为宇宙加速器提供了新的线索。 虽然它的确切起源仍然未知，但科学家们相信它可能是第一个被探测到的宇宙中微子。 这一发现为多信使天文学注入了新的动力，未来的观测有望揭示宇宙最深层的奥秘。

在地中海探测到的一种创纪录的中微子可能是了解宇宙中最极端事件的关键。 它可能来自宇宙加速器--或者更神秘的东西？ 图片来源：Patrick Dumas (CNRS)

破纪录的中微子发现

KM3NeT 合作小组是一个在地中海操作强大水下望远镜的国际团队，他们宣布发现了此类实验所探测到的能量最高的中微子。 他们的发现发表在2月12日的《自然》（Nature）杂志上，并刊登在封面上，首次证明宇宙中存在这种极端能量的中微子。 然而，它们的确切起源仍然是个谜。 格拉纳达大学的科学家是 KM3NeT 项目的参与者之一。

2023年2月13日，KM3NeT的深海仪器之一--ARCA探测器记录到了一个与中微子有关的非同寻常的事件，该中微子的能量估计约为220 PeV（220，000万亿电子伏特）。 这比欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）产生的粒子能量高得多。 该事件被命名为 KM3-230213A，标志着迄今观测到的能量最高的中微子，证实了宇宙中确实存在这种高能中微子。 经过大量的数据分析和验证，KM3NeT团队在《自然》上详细介绍了他们的发现。

中微子（Neutrinos）是一种几乎看不见的亚原子粒子，它们几乎以光速在太空中穿行，毫不费力地穿过恒星、行星，甚至我们自己的身体，不留一丝痕迹。 它们被称为"幽灵粒子"，很少与物质发生相互作用，因此很难被探测到。 尽管中微子难以捉摸，但它们却是了解宇宙中一些最极端事件（从超新星爆炸到黑洞内部的神秘过程）的关键。 科学家利用大型地下或水下探测器捕捉这些稍纵即逝的粒子，帮助揭开宇宙的秘密。

图片来源：KM3NeT

宇宙起源一瞥

研究人员确定该事件是一个μ介子--一种与电子有关的基本粒子--穿过探测器。 μ介子陡峭的轨迹和巨大的能量强烈表明，它来自于探测器附近相互作用的高能宇宙中微子。

"KM3NeT已经开始探索在极端天体物理现象中可能产生中微子的能量和灵敏度范围。 首次探测到数百PeV的中微子，开启了中微子天文学的新篇章和观测宇宙的新窗口，"KM3NeT探测时的发言人、法国马赛IN2P3/CNRS粒子物理中心研究员Paschal Coyle说。

资料来源：KM3NeT

中微子： 宇宙中最难以捉摸的信使

高能宇宙是超大质量黑洞、超新星爆发和伽马射线暴等巨大事件的领域，这些事件至今仍未被人们完全理解。 这些强大的宇宙加速器会产生被称为宇宙射线的粒子流，这些粒子流会与周围的物质相互作用，产生中微子和光子。 在穿越宇宙的过程中，能量最高的宇宙射线会与微波背景辐射（宇宙起源后的第一束光）中的光子相互作用，产生能量极高的中微子，即宇宙原生中微子。

"中微子是最神秘的基本粒子之一。 它们不带电荷，几乎没有质量，与物质的相互作用微弱。 它们是特殊的宇宙信使，为我们提供了有关高能现象相关机制的独特信息，让我们能够探索宇宙最遥远的地方，"KM3NeT 发现时的副发言人、意大利国家核物理研究所（INFN）研究员罗莎-科尼利奥内（Rosa Coniglione）解释说。

资料来源：Patrick Dumas（法国国家科学研究中心）

海底的"望远镜"

中微子是宇宙中仅次于构成光的光子的第二大粒子，但它们与物质的相互作用极其微弱，因此很难被探测到，需要巨大的探测器。 目前正在建造的 KM3NeT 中微子望远镜是海底的一个巨大基础设施，由两个探测器 ARCA 和 ORCA 组成。 KM3NeT 使用海水作为相互作用介质来探测中微子。 其高科技光学模块可探测切伦科夫光，这是一种与中微子相互作用产生的超相对论粒子在水中传播时产生的蓝光。

这种超高能中微子可能直接来自一个强大的宇宙加速器。 另外，它也可能是首次探测到的宇宙中微子。 然而，合作组织的科学家们说，仅凭这一个中微子，还很难对其起源得出结论。 未来的观测将侧重于探测更多的此类事件，以建立更清晰的图像。 KM3NeT正在通过增加探测单元和获取新数据进行扩展，这将提高其灵敏度并增强其识别宇宙中微子源的能力，从而使KM3NeT成为多信使天文学的主要参与者。

资料来源：Patrick Dumas（法国国家科学研究中心）

格拉纳达大学在 KM3NeT 中的作用

KM3NeT 合作项目汇集了来自全球 22 个国家 68 个机构的 360 多名科学家、工程师、技术人员和学生。 十年来，格拉纳达大学理论物理和宇宙物理系以及计算机工程、自动化和机器人系的研究人员一直代表格拉纳达大学参与 KM3NeT 合作项目。 从那时起，他们的研究就得到了科学、创新和大学部各种计划、安达卢西亚地区政府资助的地区计划以及欧盟下一代基金的资助。 研究中心与巴伦西亚分子物理研究所（IFIC）、巴伦西亚理工大学（UPV）、巴伦西亚理工大学分子物理研究所（IGIC）以及西班牙海洋研究所（IEO）KM3NeT联合小组的研究人员开展合作。

图片来源：KM3NeT

科学家站在发现的前沿

"格拉纳达大学的 KM3NeT 小组主要在两个方面为实验做出贡献。 一方面，在分析探测器收集的数据的基础上，我们致力于各种物理学分析，重点是寻找宇宙中的中微子源、探测暗物质或通过测量中微子特性研究新物理学效应，"格拉纳达大学 KM3NeT 主要研究人员之一塞尔吉奥-纳瓦斯（Sergio Navas）解释说。

"另一方面，我们正在参与望远镜元件的建设，重点是优化光学传感器信号到达时间的测量，这是重建中微子到达方向的一个关键方面。 "格拉纳达大学该项目的联合负责人安东尼奥-迪亚斯-加西亚（Antonio Díaz García）补充说："我们在实验室拥有基础设施，可以设计和应用协议，确保我们在实验中建造和安装的组件满足所需的精度要求（时间精度小于十亿分之一秒）。"

图片来源：KM3NeT

塞尔吉奥-纳瓦斯说："KM3-230213A事件的探测对我们这些从事实验的人来说是一个巨大的激励，它正在吸引新的研究中心加入这个项目。 在地球科学及自然资源研究所，我们将继续努力揭示这一独特事件的本质，因为还有很多未知因素有待破解。 研究小组相信，随着ARCA和ORCA这两个KM3NeT探测器的全面安装，宇宙中微子的起源之谜将被揭开。"

编译自/ScitechDaily