南极冰立方透视中微子天文学

　　让我们幻想一下在天空的某个地方发现了中微子，过去，科学家在超大质量黑洞和燃料耗尽后发生剧烈爆炸的恒星上发现了中微子的运动轨迹，现在，科学家采用了一种探测神秘中微子的新方法，他们在南极洲＂冰立方＂中微子观测站找到了少量幽灵般的高能中微子，可以肯定它们来自外层空间，新的发现开启了中微子天文学，为传统天文学打开了一扇新的＂天窗＂。费尔米国家加速实验室位于伊利诺伊州的巴达维尔，实验室的天体物理学家丹·胡珀没有加入＂冰立方＂的项目团队，他发表了＂第三方＂的客观评价，＂我们正在见证中微子天文学的兴起＂。
　　1987年，科学家在麦哲伦星云爆发的一颗超新星上探测了中微子，他们最先在太阳的辐射中发现了中微子。今年4月，＂冰立方＂合作团队公布了探测成果，他们探测到了两个高能中微子，每一个中微子的能量大约为一个Peta电子伏特，科学团队将两个高能中微子命名为伯特和欧尼，两个高能中微子拥有的能量显示，它们不是来自地球大气层、而是来自外层空间，新的发现激发了团队成员在更加细节的层面来检测中微子的特性，
　　———发现高能中微子
　　＂冰立方＂合作团队的科学家最近在威斯康星—麦迪逊大学举办了一场有关＂冰立方＂粒子物理学的讨论会，他们讨论了中微子的研究成果。＂冰立方＂的团队成员、特拉华大学的托马斯·盖舍尔对中微子的观测事件进行了解说，相当于总数一半的粒子属于大气层中微子，当宇宙射线撞击大气层的上层时产生了中微子。相当于总数另一半的粒子属于太阳系以外的中微子，它们是科学家长期寻找的太空中微子。
　　如何归类不同的中微子是分析技术的关键，太空中微子有不同的产生途径，中微子有µ介子（谬介子）、τ介子（陶介子）的形态，介子在太空穿行时改变了形态、或产生了震荡，它们从一种形态变化成另一种形态。在大气层中微子的情形中，µ介子形态的中微子数量比电子中微子多了两倍，而在＂冰立方＂测得的数据显示，不同形态的中微子数量相同，这说明中微子束在震荡过程中穿越了一段非常遥远的距离。
　　———＂冰立方＂的实验原理
　　巨大的实验装置埋藏在南极洲的冰层，＂冰立方＂实验室第一次记录了起源于太阳系以外的中微子。如何证明中微子产生于外太空、而不是产生于地球大气层？为了接收遥远太空的中微子，科学团队建造了1立方公里的＂冰立方＂实验室，他们将极敏感的探测器植入南极的冰层，＂冰立方＂植入了86根弦棒，每一根弦棒携带了60个极敏感的光检测器，它们看起来像绑扎在圣诞树枝上的彩色小球，光检测器被埋入到深处的南极冰层。
　　当冰层的中微子和冰的原子核发生罕见的碰撞时，撞击事件能够产生短暂的闪射现象，光敏探测器及时记录粒子碰撞时产生的闪射。＂冰立方＂含有5000多个光探测器，用以捕获＂不远万里＂抵达地球的中微子。＂冰立方＂每年接收大约10万多个中微子，不同类型的中微子既可能来自地球大气层、也可能来自太空，科学家以前试图将遥远宇宙的中微子从其它源地的中微子分离出来，他们的尝试均以失败告终。从2010年5月到2012年5月，科学家总共检测到26个能量大约为50tera电子伏特的中微子，它们仅有0、004%的检测机会，困难之处不在于统计学的波动、而在于信号检测本身的问题。
　　———类星体发射中微子
　　不带电荷的中微子从发射源出发，不受磁场的影响，以高速运动的方式抵达了我们的地球。对于超新星等天体的观测和研究而言，捕获中微子是一种非常有用的手段，看起来＂微小的＂类星体和活动星系核（星系中心暗藏了一个有巨大驱动力的超大质量黑洞）等天体释放了中微子，科学家通过对中微子的检测获了神秘天体产生事件的信息。＂中微子天文学＂帮助科学家去了解宇宙射线的来源，宇宙射线和中微子有相同的产生机制，然而，宇宙射线中的一些粒子不同于中微子，一些宇宙射线粒子带有电荷，当带电粒子进入地球的磁场时受到了磁力的干扰，它们的运动路径产生了弯曲变形，这对于确定宇宙射线的来源来说变得十分困难。
　　———中微子对暗物质发现的意义
　　银河系中心产生了中微子，科学家有一种假设，暗物质大量地积聚在银河系中心，它们相互之间也许发生了剧烈的碰撞。科学家现在可以期待，从＂冰立方＂检测具有天体物理学意义的高能中微子，从银河系中心发出的中微子将有特别的能量，对＂银心中微子＂的检测能够帮助科学家去间接地探测银河系中心的暗物质粒子。＂冰立方＂合作团队的＂领队＂、威斯康星—麦德逊大学的弗朗西斯·哈尔岑认为，科学团队在＂冰立方实验室＂收集的数据太少，对2012年5月以来收集的数据缺少足够的分析，科学团队坐在了大数据库的＂金矿＂上，收集和分析大量检测到的事件信号相当于挖掘数据的价值。