在幽暗的中國(guó)南海海底3500米處，1000多根千米高的線纜，兩兩相隔約百米，豎排成覆蓋約8立方千米海域的巨型矩陣。不計(jì)其數(shù)的中微子如幽靈般光速穿過(guò)矩陣，“點(diǎn)亮”了線纜上串著的一盞盞籃球大小的玻璃球“圓燈”，捕捉著中微子帶來(lái)的宇宙信號(hào)。
這樣科幻故事般的場(chǎng)面，描繪的正是南海中微子望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃，由上海交通大學(xué)李政道研究所牽頭的大科學(xué)裝置。
“每個(gè)玻璃球‘圓燈’里，放置著多個(gè)光電探測(cè)器件，每根線纜會(huì)串起20多個(gè)玻璃球艙，連珠成線，像不像一串串感應(yīng)宇宙聲響的風(fēng)鈴？我們形象地稱為‘海鈴計(jì)劃’?！痹诶钫姥芯克鶎?shí)驗(yàn)室，青年學(xué)者梅華林向記者詳解這一科學(xué)計(jì)劃。利用中微子與水分子原子核發(fā)生反應(yīng)會(huì)發(fā)出光的特性，玻璃球探測(cè)到的光信號(hào)會(huì)被轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳輸?shù)疥懙厣系膶?shí)驗(yàn)室。進(jìn)而開(kāi)展探索極端宇宙，揭秘宇宙射線起源，尋找新物理規(guī)律等前沿研究。
與光學(xué)、射電望遠(yuǎn)鏡利用電磁波來(lái)觀測(cè)宇宙不同，“海鈴計(jì)劃”的主角是號(hào)稱宇宙“隱身人”、“幽靈粒子”的中微子，這一在宇宙大爆炸后不久便出現(xiàn)的粒子，觀測(cè)它們可以了解宇宙的早期歷史；中微子還會(huì)在超新星爆發(fā)、黑洞并合等劇烈天體現(xiàn)象中產(chǎn)生，利用中微子望遠(yuǎn)鏡可以研究這些極端的天體現(xiàn)象。2018年，科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)來(lái)自于40億光年以外的獵戶座“耀變體”中微子，證明了其中心有超級(jí)黑洞的活動(dòng)星系核，可加速宇宙射線至幾萬(wàn)萬(wàn)億電子伏特，比目前人類最強(qiáng)大的加速器高幾千倍。這一發(fā)現(xiàn)，入選《科學(xué)》雜志2018年國(guó)際最重大科學(xué)突破之一。
因?yàn)橹形⒆硬灰撞蹲降奶匦?，探測(cè)裝置的選址至關(guān)重要。梅華林介紹，對(duì)宇宙中高能中微子的探測(cè)通常選擇在足夠深、足夠暗、足夠干凈的環(huán)境里，比如南極的厚冰層、幾百米的深井、幾千米的深海，而且探測(cè)器往往都是體型巨大的科學(xué)裝置，才能在有限的時(shí)間里盡可能多地探測(cè)到少之又少的中微子反應(yīng)。
“海鈴計(jì)劃”選址南海，既利用了透明的海水對(duì)光的散射、吸收更少的特性，也是因?yàn)檫@里離赤道較近，當(dāng)利用整個(gè)地球作為屏蔽體觀測(cè)宇宙時(shí)，探測(cè)器隨地球自轉(zhuǎn)掃過(guò)的天區(qū)更廣。不過(guò)，海底洋流會(huì)影響探測(cè)裝置的運(yùn)行，“海鈴探路者”團(tuán)隊(duì)需要選擇洋流速度小、適合探測(cè)器運(yùn)行的位置。
為找到適宜布放實(shí)驗(yàn)裝置的海域，2021年9月，由80多位科研人員和工程技術(shù)人員組成的“海鈴探路者”海試團(tuán)隊(duì)，帶著他們自研的數(shù)套實(shí)驗(yàn)裝置，首次赴南海科考。
當(dāng)時(shí)，科研團(tuán)隊(duì)意外遭遇兩個(gè)臺(tái)風(fēng)的夾擊，在評(píng)估了潛在風(fēng)險(xiǎn)以及完成實(shí)驗(yàn)的可能性之后，最終決定與臺(tái)風(fēng)搶時(shí)間。在晃動(dòng)不止的船體上，科研人員趕在風(fēng)力到達(dá)頂峰前，采集到了珍貴的深海數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)最后一次探測(cè)器的布放和數(shù)據(jù)采集。
梅華林介紹，“海鈴計(jì)劃”一期將于2026年在選定海域布放10根串列，探測(cè)器的原型樣機(jī)也在加緊研發(fā)中。未來(lái)，“海鈴計(jì)劃”將建成能夠全天候、全時(shí)段連續(xù)工作20—30年的海底中微子望遠(yuǎn)鏡，通過(guò)發(fā)現(xiàn)高能天體中微子源，解答宇宙射線起源的世紀(jì)之謎。同時(shí)，結(jié)合其他觀測(cè)手段，理解極端天體現(xiàn)象的深層物理規(guī)律，推動(dòng)我國(guó)深海精密儀器及探測(cè)技術(shù)的發(fā)展并發(fā)起國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃，凝聚優(yōu)秀科技人才，拓寬人類認(rèn)知邊界。
《 人民日?qǐng)?bào) 》（ 2024年07月04日 13 版）
