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幽灵粒子:银河系之外首次探测到高能中微子信号

中微子是幽灵般的粒子,可以几乎不受任何阻碍地任意穿过地球,没有人注意到它们的存在。然而就在最近,科学家们宣布他们可能首次检测到了源自银河系之外的高能中微子信号。

幽灵粒子:银河系之外首次探测到高能中微子信号
世界最大的中微子观测台——南极冰立方望远镜

物理学家们表示,随着对这些神秘星系间粒子性质更深入研究的进行,这项发现将可能开创“天体物理学的崭新时代”。中微子是组成宇宙的基本粒子之一,也是与其他物质相互作用最为微弱,也是人类对其了解最少的粒子之一,因此要想对它们进行探测就显得困难重重。

我们现在已经了解到,中微子没有质量,也不带电荷。它们唯一可能与其他粒子之间发生相互作用的时机就是当它们与其他粒子发生迎面相撞的时候。而现在,科学家们相信他们距离理解这些粒子又更近了一步。

一个国际研究小组利用设置在南极的“冰立方”望远镜首次探测到来自银河系以外的高能中微子信号。该小组由德国维尔茨堡大学的马蒂亚斯·卡德勒博士领衔,近日他们宣称,他们相信该研究组在2012年检测到的一个信号源自星系PKS B1424–418。

研究组表示:“PKS B1424–418星系内发生的爆发能够产生我们所观察到的PeV(千兆电子伏特,1000万亿电子伏特)能级的超高能中微子信号,两者显示直接物理关联。”

在接受记者采访时,卡德勒指出:“这一中微子信号与该耀变体发出的光信号几乎一同抵达,暗示这些高能中微子的运行速度不会低于(或超过)光速。爱因斯坦的理论看起来是正确的。”耀变体是类星体的一类,具有极高能量和剧烈的变化特征。

天体物理学家们数十年来一直在关注耀变星系PKS B1424-418,并且注意到在2011年至2014年这段时间里这个星系的形状发生了变化。通过这项研究,科学家们希望能够进一步弄清产生这些高能中微子的机制。自从沃尔夫冈·泡利在1931年最早预言中微子的存在至今,科学界一直在努力对这种神秘粒子进行着各种研究。

很多科学家相信,就像暗物质和暗能量一样,这些神秘粒子可能蕴藏着我们理解宇宙本质的关键信息,如果不弄清它们的性质,我们就难以窥探宇宙的全貌。

目前科学家们设计的大部分中微子探测器都是位于地下的巨大水池,其中灌满纯水并在水池四周壁上安装大量高度灵敏的光电倍增器和感受器用于捕捉中微子与液体中粒子偶然碰撞时产生的微弱闪光信号。

与此不太一样的是,冰立方望远镜利用位于南极洲冰层下方大约2.5公里深处的公里级的巨大冰块并在其中安装探测器,用于捕捉中微子与冰中的粒子偶然碰撞所产生的闪光信号。

这样的碰撞闪光信号是非常少的,但一旦发生,探测器就能尝试大致判断其入射的方向。美国费米国家加速器实验室理论天体物理研究组助理科学家丹·霍普表示:“我本人对于冰立方望远镜此次探测到的中微子信号来源最终将能够通过结合来自伽马射线望远镜的数据得到确认充满热情。”

大部分中微子是太阳或是宇宙射线轰击地球大气层时产生的。但2012年那次探测到的那个中微子信号的能量强度明显高过其他信号。

幽灵粒子:银河系之外首次探测到高能中微子信号

一个国际研究小组利用设置在南极的“冰立方”望远镜(IceCube)首次探测到来自银河系以外的高能中微子信号。该小组由德国维尔茨堡大学的马蒂亚斯·卡德勒博士领衔

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