水下觀測站可能偵測到有史以來能量最大的中微子
儘管中微子是電中性的,而且是基本粒子中靜止質量最小的粒子(不包括無質量光子),但它是宇宙中最豐富的粒子之一。探測中微子與傳統物質的相互作用極為困難,辨識超高能量的中微子無異於中樂透。
一個名為”深淵宇宙天體粒子研究”(ARCA)的水下觀測站記錄到了前所未有的亞原子相互作用,這可能是超高能中微子從天而降造成的。中微子物理學家若昂-科埃略(João Coelho)在義大利米蘭舉行的”中微子2024″會議上宣布了這一潛在發現,並表示他將在未來的論文中詳細介紹這一發現。
ARCA 由幾個有機玻璃球組成,每個球約半公尺寬,與固定在義大利西西里島東南地中海海底的繩索相連。該觀測站仍在海平面下3500 公尺處”組裝”,是KM3NeT大型望遠鏡和探測器陣列的一部分,被設計為下一代中微子望遠鏡。
ARCA 的球體設計用於探測能夠到達海底的光輻射,包括高能量宇宙射線和中微子等無質量粒子。中微子無法直接被觀測到,但當中微子撞擊到水、空氣或岩石的原子時,可以推論出它們的存在。當發生這種相互作用時,ARCA 的儀器就能偵測到由此產生的亞原子粒子級聯。
超能量中微子的存在已有數年之久,據信是宇宙中一些最劇烈事件的結果,如超大質量黑洞或超新星殘骸的生長。這些中微子可以攜帶半千萬億電子伏特(PeV)或更高的能量,而科埃略宣布的潛在高能中微子可能具有數十千萬億電子伏特的能量水平。
威斯康辛大學麥迪遜分校物理學家弗朗西斯-哈爾岑(Francis Halzen)說,如果這一發現得到證實,對粒子物理研究人員來說將是一個”夢幻般的事件”。科埃略將ARCA的探測描述為一種”非常遙遠”的現象,與中微子的任何記錄都相去甚遠。
中微子是宇宙中已知存在的一些最難以捉摸的粒子,也是標準模型中研究最少的粒子。歐洲核子研究中心一直在利用大型強子對撞機進行與中微子有關的實驗,而世界各地的研究人員正在建造或提出了更多旨在探測最高能量中微子的觀測站。