上海交通大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱“上海交大”)李政道研究所“海鈴團(tuán)隊(duì)”完成了中國(guó)首個(gè)深海中微子望遠(yuǎn)鏡的概念設(shè)計(jì)，前不久相關(guān)論文發(fā)表于《自然·天文》雜志。李政道學(xué)者徐東蓮是該論文的通訊作者，共同第一作者為上海交大李政道研究所的博士后葉子平、博士生田瑋，以及北京大學(xué)天文系博士生胡帆。

　　這篇論文揭示了中微子望遠(yuǎn)鏡“海鈴計(jì)劃”的建設(shè)藍(lán)圖。這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡預(yù)選臺(tái)址位于南海北部的一個(gè)深約3.5公里的深海平原，海床平整，海底數(shù)百米高度范圍內(nèi)流速平緩。深海海水測(cè)量的放射性與普通海水的公開(kāi)數(shù)據(jù)一致。中微子望遠(yuǎn)鏡利用整個(gè)地球作為屏蔽體，接收從地球?qū)γ娲┩付鴣?lái)的中微子。

　　由于位于赤道附近，“海鈴”可以通過(guò)地球的自轉(zhuǎn)探測(cè)360度全天域的中微子，與南極冰立方以及北半球的其他中微子望遠(yuǎn)鏡形成了互補(bǔ)。

　　項(xiàng)目組利用上海交大“思源一號(hào)”科學(xué)計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行模擬計(jì)算，正式提出南海中微子望遠(yuǎn)鏡“海鈴計(jì)劃”(英文簡(jiǎn)稱TRIDENT)的概念設(shè)計(jì)。探測(cè)器陣列由1200根垂直線纜組成，每根線纜長(zhǎng)約700米，間距70米-100米，像海藻一樣垂直錨定于海床上，并搭載約20個(gè)高分辨率光學(xué)探測(cè)球艙。“海鈴”陣列直徑約4公里，總占地面積約為12平方公里，可監(jiān)測(cè)高能中微子反應(yīng)的海水體積約7.5立方公里，設(shè)計(jì)壽命為20年。

　　“海鈴計(jì)劃”由上海交大李政道研究所牽頭發(fā)起，旨在探索建設(shè)中國(guó)首個(gè)深海中微子望遠(yuǎn)鏡，由中國(guó)科學(xué)院院士景益鵬擔(dān)任項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，徐東蓮擔(dān)任首席科學(xué)家。項(xiàng)目通過(guò)捕捉高能天體中微子探索極端宇宙，為我國(guó)填補(bǔ)該領(lǐng)域的空白。

　　中微子是宇宙中數(shù)量最多的次原子粒子之一(注：光子最豐富，中微子次之)，每秒鐘就有數(shù)百萬(wàn)億個(gè)太陽(yáng)中微子穿透我們的身體。中微子不帶電，主要通過(guò)弱相互作用與物質(zhì)反應(yīng)，猶如幽靈一般在宇宙中穿行，極難被捕獲。目前已知的中微子有3種類(lèi)型，電子中微子、繆子中微子和陶子中微子，它們?cè)跁r(shí)空傳播過(guò)程中由于量子效應(yīng)可相互轉(zhuǎn)換，這就是著名的中微子振蕩現(xiàn)象。

　　中微子在1930年首次被理論預(yù)言，但直到1956年才被實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到。科學(xué)家們對(duì)其性質(zhì)的研究已多次刷新我們對(duì)基本物理規(guī)律的認(rèn)知，并4次獲得諾貝爾獎(jiǎng)。但中微子仍有許多未解之謎，如中微子的絕對(duì)質(zhì)量為多少、它們是否為自身的反粒子等。對(duì)中微子更深入的探究，或再次顛覆人們對(duì)基本物理規(guī)律的認(rèn)知。

　　據(jù)悉，目前世界最大、最靈敏的中微子望遠(yuǎn)鏡冰立方選擇將探測(cè)器陣列建在2500米深的南極冰層中。該望遠(yuǎn)鏡于2010年建成，2013年便首次探測(cè)到一個(gè)來(lái)自地外的彌散高能中微子流；2017年首次發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)已知的天體源證據(jù)，叩開(kāi)了高能中微子天文學(xué)的大門(mén)。

　　當(dāng)下，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家都在積極地籌建性能大大優(yōu)化的二代中微子望遠(yuǎn)鏡，在提升探測(cè)靈敏度的同時(shí)更精確地定位中微子源。二代望遠(yuǎn)鏡的建成，有望催生中微子天文學(xué)和基礎(chǔ)物理學(xué)的新突破。

　　2020年8月15日，徐東蓮代表“海鈴計(jì)劃”團(tuán)隊(duì)，在全國(guó)高能物理發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)(青島)上正式提出了南海中微子望遠(yuǎn)鏡“海鈴計(jì)劃”的建設(shè)規(guī)劃和行動(dòng)計(jì)劃。“海鈴計(jì)劃”將分步實(shí)施，其終極大陣列將包括約1200根望遠(yuǎn)鏡串列，超越升級(jí)后的冰立方，預(yù)期在2030年前后成為國(guó)際上最先進(jìn)的中微子望遠(yuǎn)鏡。

　　上海交大于2021年6月成立了“海鈴合作組”，依托上海交大物理學(xué)、天文學(xué)、海洋工程、海洋科學(xué)、材料科學(xué)、電氣工程等多學(xué)科優(yōu)勢(shì)交叉合作，同時(shí)與北京大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、自然資源部第二海洋研究所等科研院校的相關(guān)學(xué)科合作，至今項(xiàng)目組已發(fā)展到10余家合作單位，近百名成員，推進(jìn)科學(xué)、工程、技術(shù)等方面的協(xié)同攻堅(jiān)。

　　中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 王燁捷 來(lái)源：中國(guó)青年報(bào)