一項突破性的發現震撼了中微子天文學領域——科學家利用KM3NeT 望遠鏡探測到了一個超高能中微子，其能量是大型強子對撞機最強碰撞的16000 倍。

KM3NeT/ARCA觀測到的超高能中微子事件的視覺效果。顏色表示每個模組上的「眼睛」所看到的光，不同的顏色代表不同的觀測時間。粒子幾乎水平重建的軌跡顯示為一條從左到右的線。圖片來源：KM3NeT合作組

這些難以捉摸的「幽靈粒子」讓我們得以一窺宇宙中最極端的事件，這些事件可能源自於超大質量黑洞或災難性的超新星。偵測到這種中微子（可能是宇宙成因中微子）或許能揭開宇宙射線加速和塑造宇宙的基本力的新秘密。然而，我們仍需要進行更多探測才能確定其真正的起源並確認其重要性。

2023年2月13日，一個由來自德國波昂馬克斯·普朗克射電天文學研究所的天文學家組成的國際科學家團隊，利用KM3NeT望遠鏡探測到了一個能量創紀錄的中微子。這座深海觀測站直徑達一公里，捕捉到的訊號能量比歐洲核子研究中心大型強子對撞機有史以來產生的最強粒子碰撞還要高出16,000倍。

一組數位光學模組，後來成為地中海KM3Net中微子望遠鏡的一部分。圖片來源：KM3NeT合作組織

中微子是宇宙中最難以捉摸的粒子之一。它們幾乎沒有質量，不帶電荷，也很少與物質相互作用。 「它們是特殊的宇宙信使，揭示了宇宙中能量最強現象的秘密，」當時KM3NeT副發言人的羅莎·科尼利奧內說道。

由於中微子穿過大多數物質時無法被偵測到，KM3NeT 依靠海水作為探測介質。很快，該觀測站的規模將達到數立方公里，這將大大提高其靈敏度。當高能中微子與水中的原子核相互作用時，會產生一個μ子－電子的較重近親，帶有負電荷。 μ子運動速度極快，會產生一個光錐，即切倫科夫輻射，類似超音速噴射機產生的音爆。

KM3NeT 望遠鏡的設計初衷就是探測這種光。望遠鏡由230 根垂直的線組成，每條線包含18 個球形光學模組，形狀像項鍊上的珍珠。每個模組內部有31 個光電倍增管，可以放大來自各個方向的哪怕是最微弱的閃光。這些儀器使科學家能夠追蹤難以捉摸的中微子並揭示其起源，從而揭示宇宙中一些最強大的宇宙事件。

KM3NeT 目前正在探測來自極端天文物理事件的中微子，探索先前未知的能量範圍。 「首次探測到數百PeV範圍內的中微子，開啟了中微子天文學的新篇章，」探測時擔任KM3NeT 發言人、法國國家科學研究中心IN2P3 研究員的Paschal Coyle 說道。 1 千兆電子伏特(PeV) 相當於10^ 15或1 千兆電子伏特。

核心問題是撞擊地球並在其海洋或大氣中發生反應的高能量粒子來自哪裡。

馬克斯普朗克射電天文學研究所的尤里·科瓦列夫說：“通過添加其他望遠鏡的觀測結果，我們試圖將宇宙射線的加速、中微子的產生以及超大質量黑洞在塑造這些能量現像中的作用聯繫起來。”

除了超大質量黑洞環境外，超新星爆發也是強大宇宙粒子加速器的候選對象之一。目前測得的高能中微子可能直接來自這樣的加速器，也可能是首次偵測到宇宙成因中微子。

當其他宇宙粒子與宇宙微波背景的微弱光發生反應時，可能會產生宇宙成因中微子，產生高能中微子。然而，由於目前僅測量到過一次能量高達數百PeV的事件，其起源仍不確定。為了了解更多信息，研究人員需要探測更多此類事件。

來自太空的高能粒子並不是什麼新鮮事

一個尺寸稍小、設計相同的中微子望遠鏡－安塔瑞斯（Antares），也測量了來自太空的高能中微子。此外，還有許多其他創意十足的實驗捕捉了來自太空的粒子轟擊。例如，阿根廷的皮埃爾·奧格天文台也測量了切倫科夫輻射。然而，在這種情況下，宇宙粒子中的始作俑者是質子，它們會撞擊地球大氣層，並在大氣層中引發次級粒子級聯。在此過程中產生的μ子並非在海水中偵測到，而是在分佈在阿根廷潘帕斯草原上的1600多個水箱中偵測到。

編譯自/ ScitechDaily