中国领先!世界上最大水下望远镜开建,“幽灵粒子”将无处藏身!
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2023-10-19 08:02:54
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原标题:中国领先!世界上最大水下望远镜开建,“幽灵粒子”将无处藏身!

据悉,中国正在南海建造一个世界上最大的深海水下望远镜,即南海大型中微子望远镜阵列。该计划被命名为“TRIDENT(海铃计划)”,预计2030年前完工,届时该望远镜能够扫描难以捉摸的“幽灵粒子”在海洋深处短暂发出的罕见闪光。

“幽灵粒子”

“幽灵粒子”是指中微子,这是一种非常微小的基本粒子,被认为是宇宙中最常见的粒子之一。它的名字来源于它极难被检测到,因为它与物质的相互作用非常微弱,可以自由穿过地球,几乎不与任何物质发生作用。

中微子能够穿透整个宇宙而不与任何物质相互作用,这是它的一个最为基本的特性之一,这使得它成为研究宇宙和宇宙黑暗物质的一种有力工具。

中微子的显著特点

中微子主要具有以下特性:

1、小且无电荷:中微子是一种不带电的基本粒子,因此它不与电磁场相互作用。它的质量也非常轻,多数中微子的质量比电子还要小几百倍。

2、极具穿透力:中微子可以轻易穿透地球、太阳系和整个银河系,其穿透能力几乎不受任何物质的约束。每平方厘米每秒有600亿~1200亿个中微子穿过地球,但其中只有一个可能会与物质发生反应。

3、参与弱相互作用:尽管中微子不带电,但它参与非常微弱的弱相互作用。这个特性使其在物理学和天文学的研究中具有重要地位,因为它可以帮助科学家们更深入地理解物质的本质和宇宙的构造。

4、具有质量:尽管中微子的质量非常小,难以精确测量,但是科学家们已经确定中微子具有质量。这个结论是通过观察宇宙中的一些现象得出的,比如太阳发光和物质转化等过程都涉及到中微子的参与。

5、中微子振荡:中微子存在三种类型:电子中微子、μ子中微子和τ子中微子。这三种类型的中微子可以在一定的条件下互相转换,这种转换被称为中微子振荡。这种振荡现象是粒子物理学研究的重要课题,对于理解宇宙的基本粒子和宇宙的起源等问题有着重要的意义。

6、高速度:中微子的速度非常接近光速,这使得对它的研究变得非常复杂。在实验室中测量中微子的速度需要特殊的技术和方法,这也是中微子研究的一个难点。

7、潜在的通信工具:由于中微子的穿透能力和无电荷的特性,它被认为是一种潜在的通信工具。理论上,利用中微子进行通信可以克服水下和地下的电磁波通信禁区,实现地球乃至外层空间中任意两点之间的直线通信。然而,目前的技术还无法实现利用中微子进行通信,这需要未来技术的进一步发展。

总的来说,中微子是一种非常神秘的基本粒子,它具有一些独特的特性,使其在物理学、天文学和宇宙学的研究中具有重要地位。同时,中微子的研究也对于我们理解宇宙的本质和构造有着重要的意义。

“海铃计划”

从以上特性可以看出,中微子是难以捉摸的,这就表明应用探测器来探测它们十分困难,必须“智取”。所以,世界上一些国家已经建造完成的中微子探测器,一般会被放置在废弃的矿井深处、海洋深处,甚至南极冰层深处。

中国正在谋划建设的南海大型中微子望远镜阵列,将由24000多个光学传感器组成,这些传感器分布在1211个望远镜串列上,每个串列的长度大约700米,垂直间隔30米,这些望远镜阵列被放置在距离海平面以下约2800米至3400米的区域。

当它们投入使用时,将扫描7.5立方公里范围内的中微子。目前世界上最大的中微子探测器IceCube位于南极洲阿蒙森-斯科特南极站,其监测面积仅为1立方公里,这意味着中国TRIDENT的灵敏度将大大提高,发现中微子的可能性也将大大提高。

中微子传感器阵列非常敏感,水下传感器还必须克服不同深度的洋流、自然辐射、水温和盐度等因素的影响,同时,南中国海是一个高度动态的水体,因此建造“海铃”难度非常大。

目前,中国的TRIDENT团队已经在南中国海的北部确定了一个深海平原,可以满足中微子天文台的严格要求。按照公开的信息,中国的“海铃计划”试点项目将于2026年开始,整个探测器将于2030年上线,届时TRIDENT计划突破中微子望远镜性能的极限,在全天候搜索天体物理中微子源的灵敏度方面,势必达到一个新的高度。

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