李政道研究所內的“海鈴探路者”模型。記者李茂君攝

“海鈴”終極陣列示意圖。資料照片

  記者徐瑞哲

  中國正在南海建設世界首個近赤道的中微子望遠鏡，並計畫在後期大規模建設中達到國際最先進水準。昨天上午，“海鈴”團隊在上海交通大學李政道研究所宣佈“海鈴”中微子望遠鏡完成概念設計，相關論文北京时間9日深夜在國際上發表於《自然·天文》雜誌。

  在“海鈴計畫”負責人、中國科學院院士景益鵬看來，通過“幽靈信使”不僅可以解開太空中宇宙射線起源的世紀之謎，還能檢驗時空對稱性、尋找量子引力並間接尋找暗物質。

  約140億年前宇宙大爆炸，形成構成全宇宙的最小物質單元——基本粒子。作為一種看不見、摸不著的基本粒子，中微子並不帶電，質量極其微小，只參與物質之間非常微弱的弱相互作用。

  宇宙大爆炸、超新星爆發、雙中子星並合、黑洞爆發均伴隨著海量中微子產生，甚至連高能光子也無法逃逸的黑洞，中微子也能從中逃出。無數的它們輕鬆穿過這樣的緻密天體環境，而且不改變方向，不遠“億萬光年”光臨地球，攜帶大量天體物理資訊。至今，在對於已知的3類中微子的探索中，共產生了4個諾貝爾獎項。

  中微子如幽靈般難以捕獲，必須在極深處、無人區建立超大體積、超級靈敏的粒子探測器，才能“見微知著、靜聽寰宇”，更精確地定位遙遠而神秘的中微子源。現時世界最大的中微子望遠鏡，冰立方（IceCube）就埋藏在南極冰層以下1.5到2.5公里，由5000多個“光學艙”形成方圓1公里以上的探測器陣列。2013年，冰立方發現銀河系外的高能中微子，開啟中微子天文學新時代。去年，它又新發現鯨魚座中距離地球4700萬光年的活動星系NGC1068。

  據悉，“海鈴”臺址位於南海北部一個深約3.5公里的深海平原，海底數百米深度範圍內流速非常平緩。深海海水測得的放射性，與普通海水的公開數據一致。由於位於赤道附近，“海鈴”望遠鏡可以通過地球的自轉探測360度全天域的中微子，實現對不同方向中微子的無死角觀測。

  “海鈴”探測器陣列由1200根垂直線纜組成，每根線纜長約700米，互相間距70到100米，像海藻一樣垂直錨定於平整的海床上，各條線纜共連接著2.4萬個探測球。整個近似圓柱形的陣列直徑約4公里，總占地面積約為12平方公里，設計壽命為20年。

  2021年，由徐東蓮擔任航次首席科學家的“海鈴探路者”項目團隊完成首次南海海試，來自上海交通大學、北京大學、清華大學、中國科學技術大學、自然資源部第二海洋研究所、向陽紅03號科考船等的近80比特科研人員與科技人員共同參與。此次任務研製了適用於4000米深海環境、攜帶高靈敏感光元件的探測球艙和相應的深海布放系統，驗證了候選海域作為中微子望遠鏡臺址的可行性。

  在科技部、上海市科委和上海交通大學支持下，已啟動的“海鈴（TRIDENT）”一期項目擬在選定海域先建設10根望遠鏡串列，並通過長距離海纜連接南海某島基地。預計其將於2026年成為世界首個近赤道的小型中微子望遠鏡，開展對銀河系內外的天體源蒐索，並完成建設大陣列的全鏈科技驗證。“海鈴”計畫的終極大陣列則有望超越升級後的二代冰立方，預期在2030年前後成為國際上最先進的中微子望遠鏡。