天文太空

海底微中子望遠鏡

它將透過立方公里的海水,探測暗物質碰撞及遙遠的恆星爆炸等天文事件。

撰文/卡迪克(Dhananjay Khadilkar)
2020-05

天文太空

海底微中子望遠鏡

它將透過立方公里的海水,探測暗物質碰撞及遙遠的恆星爆炸等天文事件。

撰文/卡迪克(Dhananjay Khadilkar)
2020-05


鄰近法國和義大利的地中海海底,懸掛著126顆足球大小的玻璃球體。這些球體正透過海洋本身來搜尋暗物質、超新星和中子星碰撞的訊號,是「立方公里微中子望遠鏡」(KM3NeT)計畫首批部署的裝置。


KM3NeT的偵測目標是微中子,這類基本粒子不帶電荷且幾乎沒有質量。未參與這項計畫的德國電子同步加速器(DESY)研究中心微中子天文物理學家溫特(Walter Winter)說:「微中子不像宇宙射線會受到星際空間磁場影響而偏轉,因此能擔任獨一無二的信使。除了接收電磁輻射和重力波等訊號,微中子也能提供其他資訊。」


微中子可以穿透大多數物質,只跟一小部份物質發生交互作用。這種鬼魅般的現象使它們成為天文學的理想偵測目標。KM3NeT將部署在廣達一立方公里的海域(足以容納40萬座奧林匹克泳池)中,並分散在兩個觀測點,把周圍海水變成巨大透鏡。總計使用超過6000顆球體,每顆皆含有31個稱為光電倍增管的高靈敏度偵測器。球體會懸掛在線繩上,線繩一端固定在海底,另一端則由浮球拉直。


KM3NeT計畫物理和軟體主管、法國馬賽粒子物理中心的柯益爾(Paschal Coyle)說:「每100萬個微中子中,可能會有1~2個與水分子的氫或氧原子核內的夸克發生交互作用。因為微中子具有很高的能量,這種交互作用的結果會產生速度非常快的帶電粒子。」


實際上,這種帶電粒子在水中行進的速度比光還快,所產生的光學效應類似協和號噴射機發出的音爆。研究人員可以藉由海中偵測器接收帶電粒子所發出微弱的光(所謂的切侖科夫輻射),以辨別微中子的能量和方位。


溫特指出,在目前幾座專門研究天文學的微中子望遠鏡之中,「KM3NeT是獨一無二的,尤其是以前所未有的方位和能量解析度來觀測南半球天空,而且它的規模十分巨大。」.......