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南极中微子探测器一无所获

(文/Lisa Grossman)经过数年的等待,世界上最大最好的中微子探测器终于睁开了敏锐的双眼,开始探测亿年来持续轰击地球大气层的超高能宇宙射线。

但这个探测器却像盲人一样不见一物。

在长达13个月的搜寻中,南极冰块探测器一无所获。“我们没有看见任何东西。”威斯康星大学麦迪逊分校的中微子物理学家内森•怀特霍恩说。他是与此相关的论文的合著者,论文描述了他们的南极“狩猎”并发表在《物理评论快报》上。他说:“连擦边球都没有。”

宇宙射线的起源困扰了物理学家很久,它们是来自宇宙的高速粒子。其中的一些粒子比大型强子对撞机(LHC)产生的粒子能量高出100万倍。

然而,经过一个世纪的研究,科学家们对它们的来源还没有确定的观点。“它是物理界最大的未解之谜之一。” 怀特霍恩说,“是什么制造了它们?”

伽马射线暴是一个高端的理论神话,几乎能够照射到可观测宇宙中的一切事物。尽管对伽马射线暴的来源我们知之甚少,但理论上它们的一部分特定能量表现形式为中微子。

中微子是极小的中性粒子,而且很不情愿与其它物质相互作用。它们极难被探测,太阳中心产生的中微子必须穿越数光年的旅程才能有50%的机会与一个铅原子相遇!

但每隔一段时间,中微子就会粉碎一个原子核,发射出核粒子流。如果这些粒子穿过水或冰,它们会留下淡蓝色的光轨迹,可以通过敏感的光子探测器捕捉。

由冰块组成的5160个光子探测器阵列,深埋在南极冰层一英里下,经过十年的建设时间,并于2010年12月完工。与先前的中微子探测器(如日本的超级神冈探测器和加拿大的SNOw)不同,庞大的冰块可以感应到能量高于万亿电子伏特的中微子。如果伽马射线暴是宇宙射线的罪魁祸首,那么冰块就可以发现它。

在新研究中,冰块小组对比了从2008年4月5日到2009年5月20日的数据,那时探测器只完成了一半,期间在北半球探测到了117次伽马射线暴。(小组不得不忽略南半球的情况,因为很多来自大气的粒子非常像中微子。科学家们用地球作为护罩,只观测穿越整个行星的粒子,以防止鱼目混珠。)

科学家们追踪了每次伽马射线暴,每次的观测比任何中微子到达时间长半个小时,可仍空手而回。甚至那些是统计学上毫无意义的粒子也没发现,更别说预期的高能量品种了。

没有检测结果限制了伽马射线暴所产生宇宙射线的多少。韦克斯曼说,这意味着伽马射线暴产生的宇宙射线少于总数的82%。

接下来几年的数据将至关重要。根据以色列魏兹曼研究所理论物理学家伊莱•韦克斯曼的观点,在这117次的数据中应该至多能得到4个中微子。他撰写了分析伽马射线暴产生中微子数量的理论。

它们没有出现的确值得注意,但并不意外。“如果他们把样品扩大十倍,还得到同样的结果,那时才值得一问。” 韦克斯曼说。然而,他并没有参与这项研究。

“两年内我们将得到答案,但也可能是头皮上满满的抓痕……我们要么会看到中微子,要么会发现宇宙与想象中的不同。”

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科技名博微博

博主介绍: Lisa Grossman 2009年毕业于加州大学Santa Cruz分校,科技交流专业。毕业后,她一直从事科技写作工作,从硕士期间便在Science News等地方做编辑,现在在Wired上开博。她的博客内容涉及面相当广,涵盖各个学科。

The End

发布于2011-04-19, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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电气工程及自动化博士

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