“海鈴計(jì)劃”：監(jiān)測(cè)水體超過100萬個(gè)北京“水立方”

宇宙的起源、宇宙中更遙遠(yuǎn)處發(fā)生著什么，這些信息在宇宙的基本單元之一中微子里都可以尋找到線索。上海交通大學(xué)牽頭的“海鈴計(jì)劃”正是通過對(duì)中微子的研究來研究高能物理世界的重大項(xiàng)目，希望能在2030年左右建成首個(gè)中國主導(dǎo)的深海中微子望遠(yuǎn)鏡。日前，這一計(jì)劃取得重要進(jìn)展，“海鈴計(jì)劃”探路者項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已完成各項(xiàng)預(yù)定海試任務(wù)并安全抵滬，為“海鈴計(jì)劃”后續(xù)推進(jìn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

按計(jì)劃，“海鈴計(jì)劃”完成后，監(jiān)測(cè)水體超過100萬個(gè)北京“水立方”、1000個(gè)西湖。這一深海望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目在南海隨著地球自轉(zhuǎn)可以監(jiān)測(cè)到更廣闊的天區(qū)，為多信使的天文學(xué)研究增加新的支持。在中微子研究進(jìn)展之后，還能進(jìn)一步對(duì)地球內(nèi)部進(jìn)行斷層掃描，了解地球內(nèi)部的奧秘。

本航次由上海交通大學(xué)李政道學(xué)者徐東蓮擔(dān)任首席科學(xué)家，海洋工程學(xué)者田新亮擔(dān)任領(lǐng)隊(duì)。這個(gè)平均年齡只有25歲的團(tuán)隊(duì)集中了上海交通大學(xué)、北京大學(xué)、清華大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、自然資源部第二海洋研究所等機(jī)構(gòu)的30多位科研人員、技術(shù)人員。

“海鈴計(jì)劃”完成后將完備我國的多信使天文網(wǎng)，推動(dòng)粒子物理、天體物理、地球物理、海洋地理、海洋生物等前沿交叉研究。

中微子是構(gòu)成宇宙的基本單元之一，也是宇宙中數(shù)量最多的粒子，幾乎每時(shí)每刻都在產(chǎn)生。它不帶電、且與物質(zhì)相互作用極弱，極難被捕捉，但它穿透力極強(qiáng)，可輕松逃逸極端、致密的天體環(huán)境。

宇宙大爆炸、超新星爆發(fā)、雙中子星并合、黑洞爆發(fā)等極端的天體物理過程中都會(huì)產(chǎn)生中微子;如果暗物質(zhì)是基本粒子，也可能通過相互湮滅或自發(fā)衰變產(chǎn)生中微子。中微子由于其幽靈般的特性，攜帶劇烈的物理過程信息，是研究極端宇宙的理想信使，一旦被探測(cè)到，就能追根溯源，一錘定音地解答宇宙射線起源的百年謎題。

此前，中國的廣東江門核電站就設(shè)有中微子觀測(cè)設(shè)備。目前國際上最知名的中微子望遠(yuǎn)鏡“冰立方”(IceCube)就選擇將探測(cè)器陣列建在2500米深的南極冰層中。地中海、俄羅斯貝加爾湖區(qū)域均有相關(guān)項(xiàng)目在策劃中。其中，2010年建成的“冰立方”至今已超過100次“捕捉”到中微子，但數(shù)量仍不足以解釋宇宙天體演變的規(guī)律。而且，設(shè)在南極的“冰立方”監(jiān)控的是來自北天區(qū)穿透地球的中微子，觀測(cè)的范圍有限。

若要有效尋找高能中微子的天體源，仍需提升下一代中微子望遠(yuǎn)鏡的探測(cè)靈敏度。當(dāng)下，歐美都在積極籌建性能大大優(yōu)化的二代中微子望遠(yuǎn)鏡，預(yù)期在2030年前后建成，屆時(shí)中微子天文學(xué)領(lǐng)域或?qū)崿F(xiàn)重大突破。

自2018年11月以來，經(jīng)縝密論證及相關(guān)儀器、裝備的研制,作為“海鈴計(jì)劃”前期預(yù)研論證項(xiàng)目， “海鈴探路者”海試團(tuán)隊(duì)已于近日成功在預(yù)定海域布放數(shù)套自研的實(shí)驗(yàn)儀器,不僅原位采集到3500米海深的、超過1TB的珍貴數(shù)據(jù)，還針對(duì)全水深海水相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行掃描、檢測(cè)。經(jīng)初步分析，驗(yàn)證了預(yù)選海域作為中微子望遠(yuǎn)鏡候選臺(tái)址的可行性。(記者姜澎)

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