南極是進(jìn)行此項(xiàng)研究的最佳場(chǎng)所，因?yàn)檫@里的冰雪異常純凈，幾乎完全不含氣泡和其他可能影響探測(cè)結(jié)果精確性的干擾。這是上覆巨厚冰雪層壓力的結(jié)果
深埋在南極洲廣袤冰雪之下的一臺(tái)“望遠(yuǎn)鏡”將有望幫助科學(xué)家們確定來(lái)自外太空，不斷轟擊地球的宇宙射線和粒子究竟來(lái)自何方。
在過(guò)去的10年間，科學(xué)家們一直在奮力設(shè)計(jì)并建造一個(gè)雄心勃勃的實(shí)驗(yàn)裝置，以便搞清楚是何種機(jī)制產(chǎn)生了宇宙射線，以及一種名為中微子的基本粒子，這種粒子難以捉摸，卻到處存在。他們將數(shù)千臺(tái)探測(cè)器深埋到南極洲冰雪下超過(guò)1英里深處。當(dāng)宇宙射線和這種粒子和南極洲冰雪中的原子發(fā)生碰撞時(shí)，會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)瞬即逝的藍(lán)光閃爍，這些探測(cè)器極度敏感，可以記錄下這些閃光。通過(guò)對(duì)撞擊產(chǎn)生的閃光特征的記錄，探測(cè)器能夠鎖定它們的運(yùn)行路徑，從而幫助科學(xué)家確定它們到底來(lái)自銀河系中的什么方位。
盡管這臺(tái)耗資2.71億美元，被科學(xué)家們稱作“冰立方”(ICECUBE)的中微子天文臺(tái)尚未建成，其最后一批探測(cè)器計(jì)劃今年12月份才會(huì)安裝到位，但是對(duì)其探測(cè)數(shù)據(jù)的分析已經(jīng)迫不及待地開(kāi)始了。初步的結(jié)果顯示大量宇宙射線似乎都來(lái)自一個(gè)靠近船帆座的天區(qū)，這是一個(gè)位于南天的星座。長(zhǎng)期以來(lái)這里便被認(rèn)為存在一個(gè)強(qiáng)輻射源。
科學(xué)家們現(xiàn)在希望當(dāng)這臺(tái)設(shè)備最終建成之后將幫助他們確定到底是何種機(jī)制生成了這些自由穿越于星系之中的高能宇宙射線以及中微子。最近有研究指出星系宇宙射線會(huì)對(duì)地球氣候造成影響，從而改變天氣情況和云層狀況。宇宙射線是一種以接近光速運(yùn)行的高能粒子流，它們沖入地球大氣層，和空氣中的原子發(fā)生碰撞，會(huì)導(dǎo)致空氣中產(chǎn)生電荷，從而誘發(fā)閃電和雷暴的發(fā)生。
一直以來(lái)，科學(xué)界一直認(rèn)為宇宙射線和中微子產(chǎn)生于超新星爆發(fā)或者超大質(zhì)量黑洞。但是近些年來(lái)這種理論開(kāi)始受到質(zhì)疑。科學(xué)家們現(xiàn)在希望“冰立方”實(shí)驗(yàn)?zāi)芙o出一個(gè)答案。素比·薩卡爾(SubirSarkar)教授來(lái)自牛津大學(xué)，是一位粒子天體物理學(xué)家，他領(lǐng)導(dǎo)了參加“冰立方”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的英國(guó)團(tuán)隊(duì)。他說(shuō)：“100年前我們就發(fā)現(xiàn)了宇宙射線，但是直到現(xiàn)在我們?nèi)匀粚?duì)它的來(lái)源一無(wú)所知。乍一看，你可能會(huì)覺(jué)得冰立方是一個(gè)瘋狂的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。你不是想研究天上嗎？可你卻把自己埋進(jìn)地下。但這確實(shí)是一種反向追蹤其來(lái)源路徑的新思路。”
“這一計(jì)劃真正讓人興奮的地方是對(duì)宇宙射線和中微子的研究可以給我們一個(gè)看待宇宙的全新視野，并讓我們得以窺視之前無(wú)法企及的區(qū)域。就目前來(lái)說(shuō)，我們還無(wú)法透過(guò)黑洞外圍厚厚的塵埃和氣體帶一窺黑洞本身，但是如果這些高能粒子是從這些區(qū)域產(chǎn)生的，那么我們將可以經(jīng)由對(duì)這些粒子的研究獲取關(guān)于這一區(qū)域的信息。”
當(dāng)宇宙射線中的高能粒子轟擊其他物質(zhì)原子，將產(chǎn)生輻射和中微子。中微子是宇宙中除了光子之外最多的例子。但是它們卻是最難以探測(cè)的粒子，因?yàn)樗鼈儾粠щ姾?，并且?guī)缀鯖](méi)有質(zhì)量，這意味著它們可以暢通無(wú)阻的穿過(guò)巖石、金屬，甚至人體。在極少的情況下，中微子會(huì)撞到原子。這樣的結(jié)果是產(chǎn)生一種叫作μ子的粒子，這是中微子的一種，以及一種特征藍(lán)光閃爍，探測(cè)器可以捕獲這種閃爍。
南極是進(jìn)行此項(xiàng)研究的最佳場(chǎng)所，因?yàn)檫@里的冰雪異常純凈，幾乎完全不含氣泡和其他可能影響探測(cè)結(jié)果精確性的干擾。這是上覆巨厚冰雪層壓力的結(jié)果，由于設(shè)施位于地下1.2英里(1900米)處，上面覆蓋的冰雪層很厚。到最終建成時(shí)，科學(xué)家們計(jì)劃在這里安裝超過(guò)5000臺(tái)光學(xué)探測(cè)設(shè)備，覆蓋大約1立方公里的冰雪層?？茖W(xué)家預(yù)料這種和中微子的碰撞事件發(fā)生概率極低，可能每年只會(huì)出現(xiàn)幾次，但是自從2006年第一臺(tái)探測(cè)器被埋入地下以來(lái)，他們已經(jīng)探測(cè)到了若干次這樣的撞擊事件。
此項(xiàng)大型國(guó)際合作項(xiàng)目由美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校領(lǐng)導(dǎo)，目前參與研究的科學(xué)家們正在想辦法擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)的規(guī)模。本周在布魯塞爾召開(kāi)的一次會(huì)議上，科學(xué)家們提出了一個(gè)設(shè)想，即建立一個(gè)覆蓋數(shù)百英里的探測(cè)設(shè)備陣列，在冰下普遍放置無(wú)線電波探測(cè)器，然后研究人員則通過(guò)監(jiān)聽(tīng)無(wú)線電波的變化來(lái)判斷中微子撞擊事件的發(fā)生。高度敏感的麥克風(fēng)也可以被用來(lái)監(jiān)聽(tīng)冰層中撞擊事件產(chǎn)生的獨(dú)特聲響。
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