1立方公里冰层捕获幽灵粒子：IceCube升级开启宇宙观测新

探索宇宙奥秘 · 理性思考

想象一下，在南极2.5公里厚的冰层之下，一个边长一公里的巨型立方体正在凝视宇宙。它不捕捉星光，而是搜寻比光子更 elusive 的"幽灵"——中微子。2026年初，这个名为IceCube的观测站刚刚完成关键升级。科学家们在冰层中植入了650只崭新的"眼睛"，还首次戴上了能看穿紫外线的特殊"眼镜"。

中微子是宇宙中最难捉摸的基本粒子。它几乎不与物质相互作用，每秒有数万亿个穿过你的身体，你却毫无知觉。要捕捉这种"幽灵粒子"，物理学家需要极其巨大的探测体积。

IceCube选择南极冰层作为天然介质。科学家在冰层中埋设了86串传感器，构成一个体积达1立方公里的三维网格。5000多个数字光学模块分布在冰层中，静静等待中微子与冰分子相撞时产生的微弱蓝光。

自2010年运行以来，它已经多次捕捉到来自遥远星系的高能中微子。2017年，IceCube首次将这种粒子追溯到遥远星系中心的超大质量黑洞。这次升级将帮助我们捕获更多此类信号。

这次升级新增了6串传感器，带来650多个现代光电探测器。更重要的是，团队首次部署了9个波长转换光学模块（WOMs）。

这些模块涂有特殊材料，能将紫外光转换为可见光。中微子与冰相互作用时产生的切伦科夫光富含紫外成分，但传统传感器对此不敏感。过去，这部分光信号直接流失在冰层中。

WOMs就像给望远镜配上了紫外线眼镜，大幅提升了光收集效率。美因茨大学团队主导了这项创新。博士生Lea Schlickmann亲自前往南极，完成了这些模块的最终测试和安装。

新传感器的部署密度更高，这让IceCube能探测到此前无法触及的低能中微子。超新星爆发产生的中微子能量较低，但携带恒星死亡的关键信息。

这种数据再利用极大提升了实验的性价比。科学家无需等待新粒子到来，就能从旧数据中发现新物理。

在全球中微子研究版图中，中国并非旁观者。我们的大亚湾实验曾精确测量中微子混合角θ13，该成果发表于《科学》杂志。目前，江门中微子实验（JUNO）正在建设，它将是全球能量精度最高的反应堆中微子实验。

在宇宙线领域，位于四川稻城的高海拔宇宙线观测站（LHAASO）已多次探测到超高能伽马射线。西藏ASγ实验也在同步观测宇宙线。

虽然IceCube位于南极，但中国高校通过国际合作参与了相关分析工作。我们在极端天体物理观测领域的布局正日趋完善。从地下700米的江门到海拔4400米的稻城，中国正构建多层次的中微子探测网络。

IceCube的升级提醒我们，基础科学仍在不断进化。通过改进探测器技术，我们不仅能看到新的物理现象，还能从旧数据中发现新线索。当WOMs首次在南极冰层中捕捉到紫外光子，人类对宇宙的理解又向前迈进了一步。