李政道學者：每秒鐘有百億個太陽中微子穿越我們的指甲蓋

如何“見微知著”，通過中微子探索極端宇宙？

9月10日上午，2023年浦江創(chuàng)新論壇全體大會上，李政道學者、李政道研究所副教授徐東蓮帶來了關于極端宇宙探索的分享。

全體大會現(xiàn)場 主辦方 供圖

徐東蓮說，人類一直是用光來探索宇宙的，得到了今日的宇宙觀，宇宙起源于140億年前的大爆炸，創(chuàng)造了時空和萬物，包括宇宙中的基本粒子，他們是構成宇宙最小的單元。其中，中微子很神奇，不帶電，只參與弱相互作用和引力作用。他們可以從致密的天體環(huán)境當中逃離出來，他們也能用于研究極端宇宙。

“宇宙中產(chǎn)生中微子的源頭非常多，都和極端的物理過程相關，比如宇宙大爆炸時的中微子，充斥著每一寸的宇宙空間。太陽核聚變產(chǎn)生海量的中微子，我們地球的生命體是浸泡在太陽產(chǎn)生的中微子的海洋里面。”徐東蓮說，每一秒鐘有百億個太陽中微子穿越我們的指甲蓋。

而最高能量端就是來自宇宙深處的黑洞，被預言會產(chǎn)生超高能的中微子，到達地球的通量很低，徐東蓮說大約等待100倍宇宙年齡才能等到一個黑洞中微子穿越我們的身體。

徐東蓮說，一些黑洞附近致密的環(huán)境下，光子可能會被吸收掉，只有中微子可以逃逸，通過捕捉這些中微子就能找到源頭，通過中微子研究極端的宇宙是一個獨特的探偵。

“我們要捕捉他們就要建設非常大型的中微子望遠鏡來達成，1960年蘇聯(lián)理論物理學家提出可以在深海里面安裝陣列式的光敏探測器，捕捉中微子反應產(chǎn)生的次級粒子產(chǎn)生的光。隔點陣列要達到立方公里的監(jiān)控體量。南極的冰立方就是首個達到立方公里體量的中微子望遠鏡。”徐東蓮說，冰立方2010年建成，2013年首次發(fā)現(xiàn)并開啟了中微子天文學新的時代。

據(jù)徐東蓮透露，2022年冰立方用了10年累計的數(shù)據(jù)成像出了距離地球4700萬光年外的活動星系，這個活動星系黑洞被大量的塵埃覆蓋，高能光子也無法逃逸，但是中微子逃逸了。冰立方打開了通過中微子研究極端宇宙的新的窗口，現(xiàn)在全球范圍內都在緊鑼密鼓地開展籌建下一代性能大幅提升的中微子望遠鏡。

“宇宙是無窮的，性能大幅提升的中微子望遠鏡為我們獲得大幅提升的天體中微子的搜集統(tǒng)計量，通過數(shù)據(jù)共享可以聯(lián)合全球的科學家對這些極端天體現(xiàn)象進行挖掘，進一步理解極端宇宙。”徐東蓮說，中微子望遠鏡一個顯著的特征就是它可以把整個地球作為一個屏蔽體，探求地球對面穿越而來的中微子，可以通過中微子望遠鏡接收地球對面穿行而來的中微子，實現(xiàn)對地球做CT，透視地球。

徐東蓮也是“海鈴計劃”的首席科學家，“海鈴計劃”旨在探索建設中國首個深海中微子望遠鏡，通過捕捉高能天體中微子來探索極端宇宙，她期待著可以實現(xiàn)見微知著，靜聽寰宇。