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北极到南极
2013年,IceCube观测站宣称第一次探测到了来自太阳系以外的中微子,其中有28个中微子在被捕获时的能量远远超过人类最好的粒子加速器所能产生的最高能粒子。从那时到现在,这种高能的“宇宙中微子”数量已经上升到了50个以上。
在本周于荷兰举行的一次会议上,IceCube观测站宣布了一个破纪录的事件,由该站的探测器在2014年6月发现。他们探测到了一个携带着至少2600TeV能量的中微子——比大型强子对撞机里的光子还高数百倍。此前IceCube观测站的记录是2000TeV。
这也是目前探测到的能量最高的中微子,也是速度最快的:所有的中微子都以非常接近光速的速度穿行,一点点速度的增加都需要极大的能量。此外,这一能量值只是一个最低值。中微子本身并不能被探测到,IceCube发现的是一个不同的粒子,称为μ子(muon)——缪中微子(μ中微子)的产物,而且它是从北极方向来的。
Borexino观测站的不锈钢球体装满了光学传感器
Borexino观测站的探测器中装满了一种特殊的碳氢化合物液体IceCube观测站首席研究员、威斯康辛大学麦迪逊分校的弗朗西斯˙哈尔岑(Francis Halzen)说:“它是由一个穿过地球,从我们的探测器下方出现的中微子所产生的。”通过一种被哈尔岑称为“信封背面”(back of an envelope)的物理计算,研究团队重建了中微子的相互作用,即μ子轰击冰层,释放2600TeV的过程。
“利用标准物理模型,这个中微子的能量大约在5000到10000TeV之间,最可能的值是在这一范围的中间,”哈尔岑解释道,“这个中微子的能量相当于1000倍大型强子对撞机光束的能量。这太惊人了。”
事实上, IceCube观测站的物理学家正是用这类证据来确定探测到的宇宙中微子数量增加了一倍。他们已经在对两年来的数据进行重新分析,此前在这些数据中已经发现了超过50种银河系的粒子,均为直接来自南方天空的电子和陶中微子。
在即将发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)的一篇文章中,研究团队将注意力投向了北极,揭示了有同样数量的谬中微子从北半球飞入了地球内部。最终,每个中微子都撞到了一些物体,在冰层中释放了μ子,就像2014年6月破纪录的那个一样。
哈尔岑说:“这种新的方法使我们获得了同等数量的缪中微子,我们的统计因此也达到了100以上。”重要的是,μ子相对较重,因此当冰层中的传感器发觉它们的经过,其轨迹也能够再进行重建。这使得IceCube成为一台望远镜,能向北穿过地球,观察中微子所来自的宇宙角落。
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