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KM3NeT 中微子海镜成形

2020-09-14 09:43 作者:天文在线  | 我要投稿

弦论:KM3NeT中微子海镜

       

     一群欧洲的科学家在地中海海底建造了一个巨大的中微子探测器,此探测器已经把它将要进行的科学研究公之于众了。立方千米中微子望远镜将会利用很多辐射探测器排列成一个3D 网络,当中微子偶尔与周围的海水干涉时,它就可以测量由于干涉发射出的光。上周,这些细节在“意向书”中呈现出来,“意向书”被发表于物理学学报G辑:核与粒子物理学。这个科学家团队表示,检测到的中微子的能量和方向会用于天文学研究,将会提高我们对中微子本身的认知。

【图解:大麦哲伦星系的超新星爆炸1987A发射出10^58个中微子。其中仅有25个在地球上被探测到,包括日本神冈探测器的12个(2002年诺贝尔物理奖),美国厄文-密歇根-布鲁克海汶(IMB)探测器的8个,俄罗斯巴克三(Baksan)探测器的5个。图源:ESA/Hubble & NASA】

       

     

最初在2004年计划时,此望远镜只被设计在了一个单独的地方,但这项工程的成员国提出了反对意见,他们把设施的提供推迟了好几年。新的计划表明,望远镜的建造地点变成了两个不同的地点,且最终可能成为三个。望远镜本来是要在2014年启用,用来记录位于南极的美国冰立方中微子天文台传回的数据,但它最早会在2020年才会完全投入使用。

       

     

望远镜      

       

     新的计划把KM3NeT划分成了几个建筑模块,每一个建筑模块都由115根线缆组成,沿着这些线缆,是18个光学模块,每个光学模块都是由31个光电倍增管制成的。其中两个建筑模块将会安装到水下大约3.5km的位置,有些会安装到西西里岛东南处100km的位置。研究者希望能利用它们来证实2013年冰立方中微子天文台源于深空的发现,他们还想由此确定这些中微子的起源。根据KM3NeT的发言人Maarten de Jong(他来自莱顿大学和位于阿姆斯特丹的国家核物理和高能物理研究所)的讲话,在上线一年后,意大利的设备应该比南极天文台的更加灵敏。“中微子和普通物质之间只有极其微弱的相互作用,这事有好有坏,”Maarten de Jong说,“这使监测它们变得出了名的难,这也是为什么你需要一个巨大的探测器。”

(图解:难以掌握KM3NET探测器体积的大小。整个仪器在立方公里范围的海洋中,而光学模块的尺寸仅为30厘米左右   图源:www.km3net.org)

       

     

 

同时,第三个建筑模块将会安装在法国南部的港市土伦,离海岸约40km,很接近KM3NeT的先驱,天蝎座α中微子望远镜(一个12根线缆的阵列,位于法国海岸),这样建造的主要原因是要研究中微子“味”的质量特征态,它在我们理解物质/反物质的不对称性上非常重要。Maarten de Jong说,想到这个建筑模块已经按计划建成,KM3NeT也应该在2023年就显示出它的层次了。

       

     

(图解:中微子的三个质量特征态ν1,ν2,ν3和三个“味”特征态νe,νμ,ντ混合。每个质量特征态都是由不同比例的三味特征态组成)

 

 

 

逐步建立

截至目前,KM3NeT团队已经收到了0.31亿欧元,以便于自身发展以及测试探测技术,另外,他们还要在明年年底之前安装31根线缆——第一根线缆已经在2015年12月安装完成。Maarten de Jong说,后来的0.95亿欧元用来帮助完成建造三个建筑模块,它们很大可能都是欧盟赞助的,欧盟应当在今年年底启动保护机制,并让这些建筑模块能按计划在2020年开始运行。他还说,建成的天文台大小会翻倍,但是       ,因为它的一个探测器模块可以包含许多光电倍增管。

       

     

(图解:光学模块3D模型)

 

 

最后,Maarten de Jong和同事们希望可以继续扩展KM3NeT,直到它包括了七个建筑模块,其中可能有不止一个建筑模块会建造在希腊海岸,他还认为,这不仅是对希腊经济的一个刺激因素,还能让望远镜变得更加灵敏,以便能探测到银河系中存在的中微子源。

冰立方主要的研究者,威斯康星-麦迪逊大学的弗朗西斯-哈森说他自己是KM3NeT的超级大粉丝,他还说,有阶段性地建造中微子望远镜非常合理。如果这样做,我们就可以根据望远镜的运转和科研结果来调整探测器的布局。

这篇论文被发表在了物理学学报G辑:核与粒子物理学上。

埃德温·卡特利奇是一位罗马的科学作家。

作者: Edwin Cartlidge

FY: DX90E2

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