未完成的深海探测器可能已经识别出有史以来最强大的中微子

我们仍在等待是否可以确定其来源，但仅仅找到如此强大的存在就已经是中微子物理学的一大进步。

探测器正准备降落到地中海，在那里它将捕获宇宙射线和中微子产生的光阵。

图片来源：KM3NeT (CC-BY-NC-4.0)

这听起来像是邦德恶棍的巢穴，但在地中海的海底，正在建造一种仪器来探测中微子。在探测器的绝大多数部件建成之前，其构造已因超高能中微子的宣布而得到证实，这可能是迄今为止检测到的最高能的中微子。

中微子是理论物理学的胜利。当某些亚原子相互作用最终产生的能量似乎比输入的能量少时，物理学家知道这违反了能量守恒定律。他们提出的解决方案是，存在另一种极其难以探测的粒子，它以光速或非常接近光速带走缺失的能量。这些被称为中微子，人们在古老的矿井深处和南极的冰层中建造了巨大的探测器来寻找它们，证明它们的存在，并且它们的速度并不完全等于光速。 

宇宙中的中微子数量惊人，但它们很少与物质相互作用，因此每秒有数万亿个中微子在您不注意的情况下流过您的身体。然而，当我们能够捕捉到它们时，它们会告诉我们很多关于宇宙大爆炸的内部运作的信息，这些大爆炸始于 1987a，我们当地星系群中的最后一颗超新星。

由于中微子携带能量的能力让我们关心中微子，因此我们对最具能量的中微子特别感兴趣也就不足为奇了。超高能中微子（超过 0.5 拍电子伏特的中微子）是最近的一项发现，为了解宇宙中最强大的事件提供了另一个窗口。 

上周在米兰举行的中微子 2024 会议纯粹是为了讨论中微子科学的新发展，与会者听到了来自太阳、超新星、宇宙源以及人造反应的中微子。

法国天体粒子和宇宙学实验室的 João Coelho 博士就 ARCA 的进展发表了演讲，ARCA 是深渊宇宙天体粒子研究观测站，建于西西里岛海底 3,500 米（11,500 英尺）处。

科埃略以 ARCA 迄今为止最令人兴奋的观察结果报告结束了他的演讲。据《自然》杂志报道，他说这个“真的很突出，与其他任何东西都相差甚远。超高能中微子不仅被认为比能量较低的中微子稀有得多，而且也更难检测并与其他粒子区分开来。

科埃略并没有透露太多，他表示中微子的时间和方向将及时公布。在这样做的过程中，他让他的粒子物理学家同事们提心吊胆，等待找出是否可以找到中微子的明确来源。然而，他确实透露，该仪器沿着其μ子子粒子的轨道拾取了三个大的能量沉积。从这次事件中检测到的光比模拟 10 皮电子伏中微子还要多，这表明该源的强度可能是该中微子的几倍。 

ARCA 由位于海底的 800 米（2,600 英尺）长的绳子组成，上面点缀着由球体组成的探测器单元，这些探测器单元的灵敏度足以探测到几个光子。

当高能宇宙射线撞击大气层时，它们会产生亚原子粒子簇射，当它们穿过水时会留下闪光。靠近地表时，这种光被其他光源淹没，但在 ARCA 所在的深处，一组几乎同时闪烁的闪光表明存在这样的流星雨。 

尽管宇宙射线的后果是 ARCA 的主要目标，但它也可以看到深水 μ 子产生类似簇射时产生的闪光。这些深度的μ子是由中微子撞击分子产生的。中微子来自上方的μ介子流几乎不可能与宇宙射线产生的流束区分开来。 

然而，普通中微子在产生μ介子之前可以毫发无损地穿过地球，因此当我们看到一场流星雨向上而不是向下时，就表明中微子是中微子的起源。不幸的是，非常高能量的中微子，有点违反直觉，被地球的大部分阻挡，让其他中微子通过。

因此，大多数 ARCA 和类似探测器探测到的超高能中微子的方向都可能与宇宙射线的方向相同。慕尼黑工业大学的埃莉萨·雷斯科尼教授告诉《自然》杂志：“我们在这个狭窄的区域中可以看到这些中微子的非常清晰的特征。该区域涵盖了几乎水平排列的中微子；科埃略愿意透露的信息之一是，所讨论的中微子与地平线的夹角约为 1 度。

由于超高能中微子很难被探测到，只有建造大量的探测器或者等待很长时间，我们才能发现更多这样的粒子。 ARCA 将尽自己的一份力量——到目前为止，它有 28 个探测串，但计划扩展到 230 个。会议获悉，另外四个观测站已经在建设中，或正在考虑中。

研究结果于 6 月 18 日在意大利米兰举行的 Neutrino 2024 会议上公布。