南極冰川深處“冰立方”望遠鏡尋神秘中微子

happyguy321

南極冰川深處“冰立方”望遠鏡尋神秘中微子
據國外媒體報道﹐科學家在南極深處打造巨型望遠鏡搜尋神秘的中微子﹐深度達到了冰層下8000英尺﹐耗時近十年。建成該巨型望遠鏡有助於研究人員揭開中微子的奧秘﹐該粒子可以幫助科學家瞭解宇宙的起源之謎。目前﹐科學家正在使用這臺堪稱世界上最大的望遠鏡﹐雖然它“深埋”在南極冰層下﹐但這項研究卻可以發現“微小的電中性粒子”的蹤跡。

　　“冰立方”中微子探測望遠鏡陣列構造解析圖

　　這座巨型望遠鏡被科學家們稱為“冰立方”（IceCube）﹐意喻為該望遠鏡陣列覆蓋了南極大陸將近一立方千米的冰層﹐並處於冰層下數千英尺深處。比帝國大廈﹑位於芝加哥的西爾斯大廈﹑以及上海的世界金融中心等大廈加在一起還要龐大。“冰立方”中微子探測望遠鏡陣列的一個重要部件為數字化光模塊(DOM)﹐這是一種特殊製造的傳感器來捕捉中微子﹐在安裝過程中﹐科學家將數字化光模塊嵌入到深度極大的冰孔中﹐並將其與主幹光纖網連接﹐部署在數個區域陣列中。
　　“冰立方”中微子探測望遠鏡陣列的位置處於阿蒙森-斯科特（Amundsen-Scott）南極站附近﹐共分為地面控制站與地下探測器陣列兩層。中微子作為繼“上帝粒子”之後又一種謎一樣的基本粒子﹐我們對中微子的瞭解甚少﹐科學家推測中微子攜帶了關於我們星系誕生以及黑洞奧秘的信息。在此之前﹐物理學家們認為宇宙中發生的極端事件都存在中微子的身影﹐它們誕生於這些宇宙現象之中﹐比如星系間碰撞﹑遙遠黑洞發生的不為人知事件等等﹐一般發生的區域可認為是宇宙的邊緣地帶。

　　“冰立方”中微子探測望遠鏡陣列深達8000英尺

　　這些神秘的中微子可穿過宇宙空間而並不會被磁場或者原子所吸收﹑偏轉﹐科學家們對神秘高能粒子的研究可揭示出一些宇宙基本問題的奧秘。“冰立方”中微子探測望遠鏡陣列的設計目的就是用來探測中微子﹐它們來自遙遠的恆星爆發事件﹐以接近光的速度穿過宇宙空間﹐繼上周歐洲核子研究中心宣佈發現與希格斯玻色子特徵幾乎符合的新粒子以來﹐中微子望遠鏡目前正受到關注。
　　根據在“冰立方”中微子探測望遠鏡陣列工作的科學家新西蘭坎特伯雷大學物理學家珍妮亞當斯（Jenni Adams）介紹﹕“如果你舉起手指﹐每秒將有數千億個來自太陽的中微子穿過你的手指。”由於中微子可產生藍色切倫科夫輻射﹐數字化光模塊傳感器可探測到中微子的運行軌跡。
　　研究人員之所以將巨型望遠鏡陣列部署在南極冰層下方﹐是因為大型冰川可增加中微子與原子的撞擊發生率﹐而且插入深孔中的柱形探測器形成了陣列分佈﹐數千英尺的冰層下可避免光線干擾﹐保護中微子望遠鏡陣列。物理學家珍妮亞當斯在墨爾本舉行的高能物理國際會議上提出﹐如果我們星系中的一顆超新星現在被觀測到爆發﹐“冰立方”中微子探測望遠鏡陣列就能捕捉到數百個中微子。
　　圖中藝術家繪製的“冰立方”中微子探測望遠鏡陣列中﹐黃色的部分就是圓柱形就是μ介子及中微子探測器列陣﹐其他的彩色點為通過探測器時被檢測到的中微子。科學家們試圖跟蹤這些粒子﹐發現其發射源﹐可能揭開宇宙暗物質等不可見的神秘線索。
　　早在2010年之前﹐“冰立方”中微子探測望遠鏡陣列就基本已經建成﹐科學家們已經探測到了14個中微子。然而﹐在地中海海底還擁有一座巨型中微子望遠鏡探測陣列﹐其位於水下2500米左右的深處﹐被命名為“心宿二”（ANTARES）中微子望遠鏡﹐該望遠鏡已經探測到數以百計的中微子。到目前為止﹐科學家監測到的中微子基本是由地球大氣層中產生的﹐這些能量較低的μ介子路徑較短﹐未來希望能探測到來自遙遠宇宙空間的中微子信息。

    “冰立方”是一個國際科研專案，有美國等數個國家和基金會發起和執行。目前專案正在建設中，設計目的是用來探測被稱作中微子的亞原子粒子，這種物質讓人捉摸不透，但它們很容易穿越行星體。然而，有少量中微子並沒有那麼幸運，深埋在南極地下的冰立方設備就是用來發現它們的。這個設備由數千個探測器組成，最終科學家將把它放進一個1立方千米的冰塊中。這些探測器的鏡頭對準下方，用來監視與眾不同的藍色閃光，這些閃光意味著一個中微子已經成功從地球中逃逸出來，受到南極冰層的阻擋。

      

      南極冰下將埋望遠鏡 欲拍地球鐵核照片

   跑道左側是南極站，右側是冰下望遠鏡建設工地

                  『冰立方』陣列示意圖

       冰面下的『冰立方陣列』示意圖

　　據英國《新科學家》雜誌報導，科學家正在南極冰下架設一部大型望遠鏡，未來有一天將能為科學家提供地核的圖片。根據最新計算，這部被稱作“冰立方”的設備將能為科學家提供一張地球鐵核圖片，描繪出這個靠近品質更輕的岩石外殼的地核的大致輪廓。

　　這項研究的主要目的是，從外太空的外來物體中尋找中微子，例如銀河中心龐大的黑洞，利用地球作為防護物，以遮罩其他宇宙微粒發出的有害噪音。

　　但是“冰立方”還能當作行星掃描器。一些中微子擁有超過10萬億電子伏特(比普通的核輻射能量高數百萬倍)的極高能量。這些高能粒子並不是十分光滑，它們中的大部分將被地球的鐵和岩石層擋住去路。天文學家希望發現來自遙遠的天體(或許是那些龐大的黑洞之一)的中微子光束，隨著地球旋轉，他們將能利用“冰立方”對它們進行監控，掃描光束穿越行星的路徑，從而揭示這顆行星的結構。

　　然而，“冰立方”的前輩，一台被稱作AMANDA的中微子望遠鏡很不幸，它無法看到這些遙遠的中微子來源。這樣看來，這些中微子發出的光線一定非常暗淡。巴賽隆納大學的瑪麗亞·庚匝萊茲·蓋爾克魯納說：“我們利用‘冰立方’將能看到它們，但是它們不夠強烈，因此我們無法掃描地球。”但是，庚匝萊茲· 蓋爾克魯納和她的同事發現，“冰立方”可以利用高能粒子與其他宇宙射線相撞，在地球大氣中產生的中微子漫射來解決這個難題。

　　地核密集的鐵元素應該比它周圍的岩石層吸收更多這種大氣中微子。因此通過地球背後明亮的光線，“冰立方”應該能看到從黑影中凸現出來的地核，就像X 光照射下的一根骨骼。另一個叫KM3NeT的大型中微子望遠鏡(計畫用來對地中海的深水進行探測)，將為我們提供其他方面的資訊。原則上說，用這種方法探測地球的內部，至少將比常規方法的視野更加清晰，科學家通過測量地球的波動，推測出地核的形狀。

　　然而，中微子的光線非常暗淡，因此製作地核圖片的過程只能慢慢進行。利用“冰立方”進行十幾年探測後，這些科學家計算出地核應該會有一個大致的輪廓，但是觀測任何有關地核與它的覆蓋物邊界的詳細資料，將會花費更長時間，或許還需要一個更好、更大的中微子望遠鏡。庚匝萊茲·蓋爾克魯納告訴《新科學家》雜誌：“利用一個更大的探測器，你將能更加精確地進行觀測。”

　　加利福尼亞理工學院地球科學家大衛·史蒂文生指出，科學家已經製作出大量更加詳細的圖片，用來分析震波穿越地球的過程。“我是中微子地球物理學的一名支持者，但是科學家在幾十年內可能無法從這方面受益。”

♀無情♀

南極冰下架設一部大型望遠鏡!~首次知道望遠鏡除了研究天文之外,還可以用於觀察地面內部~
多謝分享~大開眼界~

charles123

Thanks for your sharing!
It's really difficult to image the function of microscopy underground!
It must spend a lot of money!!