驚！地中海3.5千米海面下，發現外太空高能粒子

在地中海海面下3.5千米處，距離西西里島海岸約80千米的地方，有一個非常特別的望遠鏡的一半坐落於此，這個望遠鏡名爲KM3NeT。

這個巨大的設備還在建設當中，但如今該望遠鏡的科研團隊宣佈，他們已經探測到一個來自外太空的、能量大得驚人的粒子。

事實上，就像這個團隊在《自然》雜誌上發表的報告裡說的那樣，他們發現了人們迄今所觀測到的能量最高的中微子——這代表着在探索極端宇宙這片未知水域方面的一次巨大飛躍。

要解釋爲什麼這是一項如此了不起的發現，我們需要了解KM3NeT是什麼、它在尋找什麼以及它觀測到了什麼。

KM3NeT是一個巨大的深海望遠鏡，由來自21個國家的300多名科學家和工程師跨國合作來建造的。

在西西里島附近的地點，以及法國普羅旺斯海岸附近的另一個地點，KM3NeT將由6000多個懸掛在漆黑深海中的光探測器組成。等望遠鏡建成了，它差不多能覆蓋1立方千米的海域。

在深海中，KM3NeT不受普通光源（如太陽）的干擾。它也不受其他粒子（如電子和質子）的干擾，因爲這些粒子在到達探測器之前很久就被海水吸收了。那麼它能觀測到什麼呢？

在物理學家已發現的所有粒子中，只有難以捉摸的中微子能夠一路直達KM3NeT。

中微子是一種不帶電荷且質量極小的基本粒子。它與物質的相互作用非常微弱，以至於它能夠穿過數千米的海洋——甚至數千千米厚的地球本身——到達探測器。這就是KM3NeT位於海底的原因：爲了探測中微子，而且只探測中微子。

但是中微子不也會穿過探測器嗎？是的，幾乎所有中微子都會穿過。

但極少數情況下，中微子會正好撞上一個水分子。當這種情況發生時，它會產生巨大的衝擊力。

中微子的能量能夠產生更多的粒子。當這些粒子呼嘯穿過水時，它們會產生藍色的輝光。這就是KM3NeT探測器所探測到的現象。

通過分析這種藍色的光，並對每次閃光進行計時，科學家們能夠還原中微子的初始能量以及它來自的方向。（要麼是這樣，要麼是他們剛剛測到一條以接近光速遊動的深海發光魚。）

2023年2月13日，立方公里中微子望遠鏡（KM3NeT）探測到一個速度極快的中微子，其能量比之前探測到的任何中微子都要高出30倍。

這個能量值爲220拍電子伏特（1拍等於1千萬億），但這對非粒子物理學家來說沒什麼概念。這很難想象，但我們可以嘗試一下。

這個中微子的能量，是太陽中心一個典型粒子能量的100萬億倍、醫用X射線能量的萬億倍、最危險放射性粒子能量的100億倍。地球上最大的粒子加速器都無法產生能量達到這個中微子萬分之一的粒子。

簡而言之：對一個粒子來說，這是非常巨大的能量。

中微子與物質的相互作用非常微弱，那麼單箇中微子怎麼會被賦予如此高的能量呢？什麼樣的宇宙事件能夠產生這樣一個粒子呢？

這就是令人興奮的部分：我們不知道。

我們知道宇宙中存在着巨大的爆炸，比如超新星爆發：當一顆恆星耗盡燃料並坍縮時就會發生這種情況。還有伽馬射線暴，這是超大質量恆星更劇烈的爆炸，或者是中子星的碰撞。這些都會產生能量極高的中微子。

但還有其他可能的來源。星系中心的超大質量黑洞的質量是太陽質量的數百萬倍乃至數十億倍。

當這些黑洞吞噬物質的時候，它會被加速到極高的速度，並被強烈的磁場包裹。那些沒被吞噬的粒子可能會被以極高的速度噴射出去。這些“活動星系核”是宇宙產生高能中微子的另一種方式。

第三，中微子可能是在更近的地方（從宇宙的角度來說）產生的。爆炸和活動星系核也會產生宇宙射線：能量極高的質子和電子。

這些可能會在宇宙中朝着我們這邊涌過來，在途中與一個光子發生碰撞。這種碰撞會產生一個高能中微子。

這就涉及到與澳大利亞的聯繫了。KM3NeT（立方公里中微子望遠鏡）告訴我們這個中微子來自南天的一個特定位置。

要是它源於一場劇烈的爆炸或者一個活動星系核的話，我們也許能借助其他望遠鏡找到源頭。

尤其是，超新星遺蹟和活動星系核都能通過無線電波被發現。

我和我在西悉尼大學的同事們正在使用ASKAP對像這樣的KM3NeT（立方千米中微子望遠鏡）探測結果進行後續研究。對於這個特殊的中微子，在射電星空中沒有明顯的可能來源。

就這個特殊的中微子而言，射電星空中沒有明顯的可能來源。

然而，KM3NeT不能提供非常精確的位置，所以我們不能完全確定。我們會繼續尋找。

KM3NeT仍在建設當中，ASKAP也在繼續勘測天空。我們通向極端宇宙的窗口才剛剛打開。