揭秘“海铃计划”：中国首个深海中微子望远镜设计迎进展

中青报·中青网记者 王烨捷

上海交通大学李政道研究所“海铃团队”完成了中国首个深海中微子望远镜的概念设计，10月9日相关论文发表于《自然·天文》杂志上。

李政道学者徐东莲是该论文的通讯作者，共同第一作者为交大李政道研究所的博士后叶子平、博士生田玮，以及北京大学天文系博士生胡帆。

这篇论文“揭秘”了南海中微子望远镜“海铃计划”的建设蓝图。这台望远镜预选台址位于南海北部的一个深约3.5公里的深海平原，海床平整、海底数百米高度范围内流速非常平缓。深海海水测量的放射性与普通海水的公开数据一致。中微子望远镜利用整个地球作为屏蔽体，接收从地球对面穿透而来的中微子。

由于位于赤道附近， “海铃”可以通过地球的自转探测360度全天域的中微子，与南极冰立方以及北半球的其他中微子望远镜形成了互补。

项目组利用上海交大“思源一号”科学计算平台进行模拟计算，正式提出南海中微子望远镜“海铃计划”（英文：TRopIcal DEep-sea Neutrino Telescope，TRIDENT）的概念设计。探测器阵列由1200根垂直线缆组成，每根线缆长约700 米，互相间距70-100米，像海藻一样垂直锚定于海床上，并搭载约20个高分辨率光学探测球舱。海铃阵列直径约4公里，总占地面积约为12平方公里，可监测高能中微子反应的海水体积约7.5立方公里，设计寿命为20年。

文章预计，海铃阵列建成后一年内就能够发现鲸鱼座（Constellation Cetus）中的棒旋星系NGC 1068的稳定中微子源，并发现类似于冰立方利用十年的数据才初步观察到的TXS 0506+056耀星体（一个正在吞噬物质的超大质量黑洞）的中微子爆发。

“海铃计划”由上海交大李政道研究所牵头发起，旨在探索建设中国首个深海中微子望远镜，由中国科学院院士景益鹏担任项目负责人、李政道学者徐东莲担任首席科学家。项目通过捕捉高能（亚TeV到PeV量级）天体中微子来探索极端宇宙，为我国填补该领域的空白。

中微子是宇宙中数量最多的次原子粒子之一（注：光子最丰富，中微子次之），每秒钟就有数百万亿个太阳中微子穿透我们的身体。中微子不带电，主要通过弱相互作用与物质反应，犹如幽灵一般在宇宙中穿行，极难被捕获。目前已知的中微子有三种类型，电子中微子、缪子中微子和陶子中微子，它们在时空传播过程中由于量子效应可相互转换，这就是著名的中微子振荡现象。

中微子在1930年首次被理论预言，但直到1956年才被实验观测到。科学家们对其性质的研究已多次刷新我们对基本物理规律的认知，并四次获得诺贝尔奖。但中微子仍有许多未解之谜，如中微子的绝对质量为多少、它们是否为自身的反粒子等。对中微子更深入的探究，或再次颠覆人们对基本物理规律的认知。

据悉，目前国际世界最大、最灵敏的中微子望远镜冰立方（IceCube）选择将探测器阵列建在2500米深的南极冰层中。该望远镜于2010年建成，2013年便首次探测到一个来自地外的弥散高能中微子流；2017年首次发现对应已知的天体源证据，叩开了高能中微子天文学的大门。此外，在地中海的KM3NeT和在贝加尔湖的Baikal-GVD项目均有部分深水中微子望远镜阵列在运行中。中微子天文学正处于重大突破的门槛上。

当下，世界主要发达国家都在积极地筹建性能大大优化的二代中微子望远镜，在提升探测灵敏度的同时更精确地定位中微子源。二代望远镜的建成，有望催生中微子天文学和基础物理学的新突破。

2020年8月15日，徐东莲代表“海铃计划”团队，在全国高能物理发展战略研讨会（青岛）上正式提出了南海中微子望远镜——“海铃计划”的建设规划和行动计划。“海铃计划”将分步实施，其终极大阵列将包括约1200根望远镜串列，超越升级后的冰立方，预期在2030年前后成为国际上最先进的中微子望远镜。

海铃项目得到了教育部、科技部、上海市、海南省的大力支持，望远镜的预研工作也是上海市科委的重大项目和科技部重点研发专项青年项目。

上海交通大学于2021年6月成立了海铃合作组，依托上海交通大学物理学、天文学、海洋工程、海洋科学、材料科学、电气工程等多学科优势交叉合作，同时与北京大学、清华大学、中国科学技术大学、自然资源部第二海洋研究所等科研院校的相关学科紧密合作，至今项目组已发展到10余家合作单位，近百名成员，稳步推进科学、工程、技术等方面的协同攻坚。

来源：中国青年报客户端