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冰做的望远镜
发布时间:2024-12-06
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1立方千米的冰可以做什么?为全球70亿人分别调制100多杯冰饮料?美国威斯康星大学的物理学家找到了更划算的用途。2011年,为了探测中微子,他们和欧洲的科学家合作,用南极1立方千米的冰制成了世界上最大的“冰立方”望远镜。

“冰立方”望远镜与普通望远镜最不同的地方,并不是大小,而是“朝向”。“冰立方”面向地心方向,这是为了避开各种射线产生的背景噪声。除了中微子,没有任何粒子能穿过整个地球。因此,“冰立方”虽然身在南极,所关心的却是来自北半球方向的源自宇宙的高能中微子。

“冰立方”是一个埋在地下的六棱柱形“大冰桶”。探测器阵列放在从冰面下方1450~2450米深的冰层中。这些探测器共分为86列,每一列都由一根电缆串着60个球形的数字光学模块。数字光学模块能将探测到的光信号放大成千上万倍,并传送到冰面上的实验室,被集合转化成光图,显示出粒子的味(类型)、能量和运动方向。

此外,冰层表面也被放置了一组探测器,叫作“冰顶”。比较冰顶和“冰立方”深处探测器的信号比例,科学家就可以推算宇宙射线中大质量粒子所占的比例。

冰是极好的天然的中微子探测介质,而这么大块的冰唯极地独有,这些冰成长在人迹罕至的地方,深埋10万年,冰块里没有气泡或气穴,极为纯净。另外,探测器埋到冰川深处,冰充当了一个过滤网,过滤掉宇宙中除中微子外的其他辐射。

捕到“大鸟”了!

“冰立方”2010年就试运行了,不过,在很长一段时间中,它并没有捕到真正意义上的猎物。“冰立方”的设计面向具有非常高能量的中微子,这种中微子比太阳产生的低能中微子的能量高1000~100万倍(甚至更高),是太阳系外的来客。

2012年,科学家终于在电脑屏幕上看到了之前从未见过的图像期待已久的高能中微子,它们穿过地球后,从探测器的底部或旁边进入。它们的能量比此前在地球上探测到的任何中微子的能量高1000倍。科学家把它们分别命名为“伯特”和“厄尼”。之后,对其能量将信将疑的科学家们再次检查了它们的能量水平数据,结果又发现了26个高能中微子。随后,又发现了能量更高的中微子,其能量是“伯特”和“厄尼”的能量之和,因此被命名为“大鸟”。科学家又花了一年时间,对数据进行对比分析,确认它们是来自宇宙深处的高能中微子。