“没有噪音啦!”随着船舱内上海交大师生们的一阵欢呼,一颗带着30个光电探测器的光学球舱缓缓下降到中国南海3500米深处,开启探测工作。9月17日,由上海交通大学李政道研究所牵头开展的“海铃计划”探路者项目团队宣布,已完成各项预定海试任务并安全抵沪,为在深海建中微子望远镜奠定了基础,开启与宇宙对话之门。
中微子是构成宇宙的基本单元之一,也是宇宙中数量最多的粒子。它不带电且与物质相互作用极弱,如幽灵一般,极难被捕捉,对中微子更深入的探究,或再次颠覆我们对基本物理规律的认知。
据悉,此次“海铃计划”旨在探索建设中国首个深海中微子望远镜,通过捕捉高能天体中微子来探索极端宇宙,构建我国完备的多信使天文网,推动粒子物理、天体物理、地球物理、海洋地理、海洋生物等前沿交叉研究,具备孕育多项原创科学发现的重大潜力。
“目前国际上最知名的中微子望远镜冰立方将探测器阵列建在2500米深的南极冰层中,目前是世界最大的中微子探测器。2013年,冰立方首次探测到一个来自地外的弥散高能中微子流,叩开了高能中微子天文学的大门。”“海铃计划”首席科学家兼技术总师、上海交通大学李政道学者徐东莲说,当下,欧美都在积极地筹建性能大大优化的二代中微子望远镜,而我国在这方面几乎是一片空白。
2018年9月,曾参与过冰立方工作、活跃在中微子天文学领域的青年学者徐东莲回国,加盟李政道研究所,2020年8月徐东莲代表“海铃计划”团队,在全国高能物理发展战略研讨会(青岛)上做大会邀请报告,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。
自2018年11月以来,经过缜密论证及相关仪器、装备的研制,作为“海铃计划”前期预研论证项目,“海铃探路者”海试团队于近日成功在预定海域布放数套自研的实验仪器,不仅原位采集到3500米海深的超过1TB的珍贵数据,还针对全水深海水相关性质进行扫描、检测。经初步分析,验证了预选海域作为中微子望远镜候选台址的可行性。此外,团队还成功布放了一套可长期监测海底流场、生物活动、沉积物及检验望远镜元器件的潜标,为后续望远镜阵列的设计和长期运维提供依据。
“该项目所面临的技术难题是典型的跨学科复杂难题,涉及水下工程、机械、材料等领域。”“海铃计划”探路者项目领队田新亮说,上海交大汇聚了一大批极富创造力的科学家和工程技术人员,为项目的成功完成提供了有力保障。
预计在2030年左右,上海交大将建成首个中国主导的深海中微子望远镜,建成后将构成约4*4公里的观测格点阵列,监测水体超过100万个北京水立方,1000个西湖。这一深海望远镜项目在南海随着地球自转可以监测到更广阔的天区,为多信使的天文学研究增加新的支持。