“托勒密实验室”锚定中微子

普林斯顿科研人员在“托勒密实验室”应用了尖端技术，实验仪器被安置在深部的地下实验室，精度达到了检测宇宙大爆炸中微子的程度。尖端技术是实验室的核心要素，长期以来，科学家持有一个有关中微子密度的假说：起源于宇宙大爆炸的中微子分布在宇宙空间的每个角度，但如何检测到它们的存在？这是摆在研究人员面前的一道难题，提出各种科学的假说是一回事，检测这些假说的真实性则是另一回事。

实验事实才能检验理论假说的真伪，有关宇宙起源的标准模型理论有待进一步的检验。理论假说有可能被证伪，人们可能找到宇宙学标准模型被推翻的证据。一旦实验的事实推翻了现有的宇宙起源理论，科学家需要重新构造有关宇宙起源和演变的理论。原初中微子搜索项目有助于揭示暗物质来源的奥秘，它们可能是看不见的暗物质的来源。暗物质占到了宇宙总构成的大约20%。揭示原初中微子的奥秘将产生划时代的科学意义。

普林斯顿大学的托勒密项目有助于科研人员对宇宙学的深入研究，实验成果有助于增加人们对宇宙起源与演变的理解。人们生活在几乎有140亿年的中微子海洋中，浸润其中，却感觉不到中微子的存在，人的感官能力十分有限，理性思维和物理实验是人们发现中微子踪迹的两种基本方法。

实验室的原型机是整个实验室的关键仪器，它由一对超导磁体组成，磁体连在一个5英尺直径的圆柱形真空室的两端，真空室的一端安装了一个含有微量氚元素的容器，真空室的另一端安装了一个阿尔贡国家实验室研制的量热计，仪器有测量电子能量的功能。在实验过程中，从氚衰变中释放的电子被导入了磁场磁力线，这些电子通过了真空室的滤波器，经过滤波器筛选的电子被分离出不同的能量级，最高能量的电子被保留下来，再用量热计测量它们的能量。

降低仪器噪音是一项关键的技术指标，科学实验员对随机性的热噪音源保持了关注，噪音会扰乱真空室两端精密仪器的稳定运行。实验人员在石墨烯纳米材料中储存了氚，石墨烯碳层仅有一个原子直径的厚度，主要是确保从氚元素衰变中产生的电子“干净”地流入真空室。真空室另一端的量热计被连接到一个冰箱体，冰箱温度设定在70到100毫开尔文之间。

极度稀释的冰箱温度比极端寒冷的深空足足低了20倍，相当于绝对温度以上不到一度的十分之一，接近了绝对零度，深度冻结的冷却环境使得量热计精妙地停留在两种状态之间，一是超导状态，电子在超导体中保持了无电阻的流动状态，一是非超导状态，电子流动遇到了不同程度的电阻阻扰。量热计在超导和非超导的两种状态之间保持了精妙平衡，极低噪音满足了量子电子学设定的条件，实验装置达到了精确测量所需的灵敏度。

当一个电子撞击到量热计时，灵敏度极高的仪器将会测量电子的能量。科学团队在电子能量的检测技术领域使用了量热计，仪器的精密度达到了前所未有的水平。托勒密项目的负责人亚当·科恩解释说，实验方式完美地匹配了仪器的技术参数和功能，实验技术包括了氚元素物质的处理、建构合成性的纳米材料实验室、十年运行寿命的磁体和真空容器、膨胀实验的空间等。

（编译：2014-12-31）