这架巨大的望远镜将研究海底深处的中微子

如果现在有数以万亿计的微小粒子从太空深处降落并穿过你的身体，你会担心吗？如果会，那就太糟糕了。从你开始读这句话开始，它已经发生了。但不要害怕：其中一些小家伙携带着有关宇宙最奇怪秘密的信息。

这些粒子就是中微子，可能是宇宙中仅次于光粒子的第二大常见粒子。地球不断受到中微子的轰击，了解最高能量的中微子来自何处，可以让我们对太空中发生的最疯狂的事情（如超新星或银河系中心的黑洞）有全新的认识。

不过，中微子确实很难探测到，因此要想看到它们，需要在洞穴或水下建造大型实验。今天，拥有 240 名成员的立方公里中微子望远镜合作组织 (KM3NeT) 公布了最新计划，他们将如何在地中海深处建造有史以来最大的中微子实验。

“中微子是理想的宇宙信使，因为它们的相互作用很弱。这意味着它们不容易被阻止，”KM3NeT 发言人 Maarten de Jong 告诉《大众科学》。 “我们现在可以通过不同的方式观察宇宙。”

你可能听说过中微子，那是在 2011 年的一次实验中，实验错误地测量了中微子的速度，结果发现它们的速度超过了光速。中微子和电子属于同一家族，但与电子不同的是，它们根本不与电磁力相互作用。在粒子物理学的世界里，力只是一种带有一组规则的信息，以四种语言中的一种在粒子之间传递。中微子主要读取以弱核力语言发送的信息，而忽略它们无法读取的电磁力信息。

中微子包含许多重要信息。KM3NeT 专门寻找宇宙射线中能量最高的中微子，这些超高速粒子撞击地球。我们还不知道它们来自哪里，但隐隐怀疑它们可能是某种奇怪的东西，比如超新星或我们银河系中心的黑洞。你看，宇宙射线在穿越宇宙时会分裂。一些粒子（如质子）在穿过太空磁场时，其路径会弯曲。如果我们朝这些质子来自的方向看，我们就不会看到它们的来源。中微子不与磁场相互作用，所以如果我们知道中微子来自哪里，我们就知道宇宙射线真正来自哪里。还有其他中微子探测器，如南极洲的 IceCube 和俄罗斯的 Gigaton Volume Detector，但 KM3NeT 将是最大的，它将观察其他两个探测器未监测到的天空部分。

这项实验由数公里立方体网络组成，这些网络由玻璃球组成，内有探测器，每个球体都用电缆与其他球体相连。每个立方体将位于地中海海底附近的三个地点之一：第一组将位于法国和意大利海岸附近，另一组最终将建在希腊海岸附近。它们必须足够大才能看到中微子的路径，而且必须位于漆黑的海洋深处，这样杂散光才不会欺骗探测器。它们还面朝地球，这样它们就可以主要关注穿过地球的最高能量中微子，即来自宇宙射线的中微子。此外，中微子穿过地球的方式也许能够告诉我们一些更重要的信息，比如它们的质量。

中微子的重量非常小，因此如果它们通过引力发送信息，那么对于我们的探测器来说，这太小了，无法读取。弱力信息会在几分之一秒后消失，因此我们的实验也无法读取这些信息。相反，KM3NeT 实验会等待中微子向探测器中的一个原子发送弱力信息。该中微子的信息会告诉原子释放出一个能量极高的粒子，该粒子可以发送电磁信息。当粒子穿过水时，玻璃球会将电磁信息视为微弱的蓝光。通过重建每个球体中的光点，实验可以重建中微子的来源和路径。

“如果我们在天空中观测到中微子[源]，我们谈论的就是一个全新的研究领域，”德容说。“对我来说，那将是天堂。”

该小组正在利用物理学家从较小的 ANTARES 探测器（位于地中海的另一台中微子望远镜）获得的信息进行研究。KM3NeT 小组迄今已花费 3100 万欧元；完成整个望远镜将再花费 9500 万欧元。根据《物理学 G 期刊：核与粒子物理学》上发表的最新论文，整个望远镜可能在 2020 年完成。

其他物理学家也对这项实验充满期待。“他们处于一个极佳的位置，” 《物理学杂志 G》编辑、理论物理学家巴里·霍尔斯坦 (Barry Holstein) 说。“我认为这是个好主意，我期待看到他们能取得什么成果。”