290TeV的中微子。材料图片
学术期刊《科学》杂志以封面文章方式刊登了“冰立方”中微子地理台的新发现。材料图片
日前出书的学术期刊《科学》杂志以封面文章的方式刊登了“冰立方”中微子地理台的新效果：找到耀变体（Blazar）发射超高能中微子的依据。
“冰立方”（Ice Cube）是美国设在南极洲极点处的中微子地理台。它由散布在1立方公里内的86串光传感器（光电倍增管）构成，每串60个，坐落冰层下1450米到2450米。当高能中微子被冰抓获，发生带电粒子，穿过传感器阵列，将发生切伦科夫光，就能被勘探到。
2017年9月22日，冰立方勘探到一个能量为290TeV的中微子。而现在人类建造的能量最高的加快器——欧洲核子研究中心的大型强子对撞机，只能把粒子加快到7TeV。
“冰立方”的首要科学方针是通过中微子寻觅高能世界射线的来历。为此，它建立了一个预警网络，对每个超高能中微子实时重建出其方向，并发布给其他望远镜，以便射电、光学、伽玛等其他波段观测手法能够及时发现对应的天体活动。
此次“冰立方”在观测到这个中微子43秒后，宣布主动预警信息。刚开端，其他几个地理台并没有看到任何失常信号。6天后，费米卫星首要陈述：在与“冰立方”给出的方向仅相差0.1度的当地，有个一个月前就开端闪烁的耀变体，逐步变得特别亮堂。很快，十几台射电、光学、伽玛望远望也调查到了明显信号，比方大西洋上的MAGIC大气切伦科夫望远镜。
科学家之所以这么重视这一状况，是由于它关系到高能世界线来历之谜。咱们既不知道高能世界线从哪儿来，也不知道其加快机制，仅仅猜想它的来历可能包含中子星、伽玛射线暴、极点超新星、活动星系核等。
耀变体是活动星系核的一种，由星系中心的巨大黑洞吸积很多物质而发生剧烈地理现象。黑洞将吸积物质的引力能，或许黑洞的滚动能量，转化为强壮的相对论喷流。假设喷流指向咱们的视野，就构成耀变体。
在耀变体喷流中，带电粒子能够加快到极高能量。由于带电粒子受世界中磁场的偏转，当它们抵达地球时，咱们并不知道它们来自何处——或许它们已在银河系旋转了几十圈，才飘飘荡荡地抵达地球。但被喷流加快的质子或核，与物质相互作用时能发生高能介子，终究衰变成光子和中微子，而中微子是不受磁场搅扰的，能够直指源头。看到290TeV的中微子，意味着耀变体喷流能够发生至少几万TeV的质子和核，很可能就是世界中能量最高的粒子的出生地。
但是谜题仍未彻底解开。实际上2016年“冰立方”就曾报导了活动星系核与高能中微子的相关，相关性为95%。不过，以严厉的科学规范来看，95%的相关性还不够高，因而存在争议。发现这个中微子后，“冰立方”的科学家们从头查看了曾经的数据，在这个方向上又找到一些中微子，使相关性达到了99.9%，约为3.5倍规范偏差。不过这离科学发现要求的5倍规范偏差规范还差一点。为了求解答案，冰立方计划近期开端晋级，将体积增大10倍。
关于晋级，还呈现过一个小插曲。除了增大体积，“冰立方”还有另一种晋级计划——在其中心一小块区域加大光传感器的密度，更精确地勘探大气中微子，然后断定中微子的质量次序（这个试验被称为PINGU）。而中微子质量测序是建造中的我国江门中微子试验的首要科学方针之一。假设PINGU试验得到高优先权的话，将是江门试验最有力的竞争对手。不过项目团队通过长年累月的评论，将优先权放在了扩展冰立方阵列上。究竟，质量次序有多个试验能够做，而“冰立方”只要一个。
趁便说，“冰立方”与引力波地理台LIGO是美国科学基金委支撑的两大项目，“冰立方”的创建者弗朗西斯·赫尔任（Francis Halzen）是个理论物理学家。他曾说，假设他有点试验经历的话，就不会提出做“冰立方”试验，由于他不知道一般冰中会有很多气泡，光子散射十分严峻，导致无法重建出中微子的方向。但是试验建成后，人们惊讶地发现南极地底的冰跟别处不一样，上万年的压力将冰压得十分密实，光散射问题比料想要好得多。或许，科学的发展有时就是这样来历于“不着调”的主意。
（作者曹俊，系我国科学院高能物理研究所研究员）
