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北半球规模最大的中微子探测器即将建成,它将在贝尔加湖下捕捉“幽灵粒子”

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在贝加尔湖下 4000 英尺的深处,科学家们能捕捉到中微子吗?

2021 年 3 月 13 日,一个由俄罗斯、捷克、斯洛伐克、德国和波兰的科学家组成的国际科学团队在俄罗斯的贝加尔湖畔,举行了深海中微子探测器“贝加尔-GVD”的组装仪式。它将成为目前北半球规模最大的中微子望远镜,这一连串由光学电子仪器组成的光学探测器阵列将潜入贝加尔湖下,用于捕捉中微子。

 

自 2015 年“贝加尔-GVD”开始制作以来,整个团队的科研人员就在期盼着这一天的到来。有了“贝加尔-GVD”,捕捉中微子的可能性将比以往更高——这种被称为“幽灵粒子”的基本粒子数量巨大,每秒都有数万亿个中微子穿过我们每个人的身体——然而它又及其难以捕捉,科学家们相信,这种粒子隐藏着宇宙的历史和星系形成的谜团。

 

在组装仪式现场,《纽约时报》的记者见到了这组探测器。第一阶段的“贝加尔-GVD”将由 2304 个光学探测球组成,它们由电缆串起,用锚和浮标以间隔 50 英尺的距离固定住,在西伯利亚南岸两英里处被一个接一个地用吊车沉进贝加尔湖下 4000 英尺的深处。

中微子光学探测器组装现场
中微子光学探测器组装现场

今年 80 岁的俄罗斯物理学家格里戈里·V·多莫加茨基在接受《纽约时报》采访时说:“你永远不应该错过向自然界提出任何问题的机会。”自 1980 年代贝加尔湖中微子探测团队建立以来,这位科学家在长达 40 年的时间里一直是给团队的领导者。

 

早在上世纪 70 年代,苏联科学家就提出了在冰层中安置中微子探测器的设想。适逢美苏冷战,然而美苏的科学家却选择继续在中微子探测项目上合作,当时他们计划在夏威夷打造第一个深水中微子探测器。直到 1979 年苏阿战争爆发,美国的科学团队才与苏联方分道扬镳。此后,苏联人开始在西伯利亚开展中微子探测研究,多莫加茨基领导的贝加尔湖探测团队也在此时建立。

格里戈里·V·多莫加茨基博士
格里戈里·V·多莫加茨基博士

然而科研过程并不顺利。多莫加茨基回忆道,在苏联解体前夕,因为经济原因导致整个监测站面临资金短缺的困境,日常果腹都成了大问题。是德国的科研团队向他们伸出援手,他们送来数百磅的黄油、糖、咖啡和香肠,以维持每年冬季到贝加尔湖冰面上的考察,还向莫斯科带来了价值数千美元的现金,用于补充苏联科学家微薄的工资。

 

一直到 2000 年代普京上台并要求大力投入科研资金之后,情况才稍微好转。多莫加茨基也因此获得了一笔 3000 多万美金的补贴,得以更新监测站的科研设施,包括架设更大型的中微子探测器。即便如此,至今该监测站依然在预算不足的情况下运作着。几乎所有参与研究的 60 多位科学家在最寒冷的 2 至 3 月依然需要呆在贝加尔营地——他们没有远程控制和检测系统,安装、维修工作都得亲力亲为。

研究人员正在面包车内休息
研究人员正在面包车内休息

目前,全球有数十台检测器在捕捉中微子,其中资金最充足、规模也最大的依然是美国领导的 IceCube 项目,它价值高达 2.79 亿美元,探测器建立在南极洲,涵盖了约 1 立方千米的冰层。一位同时参加了 IceCube 和贝加尔湖监测站两个项目的科学家向《纽约时报》表示,“贝加尔-GVD”最终会成为第二个 IceCude,这对中微子捕捉和研究工作意义重大。

 

如今,年事已高的多莫加茨基博士依然领导着监测站,尽管已经不再参加每年冬季的检测活动,他依然痴迷于捕捉这种”幽灵粒子“。他说:”一旦你接手一个研究项目,无论在任何艰苦条件下你都要倾尽全力将它完成,否则启动它就失去了意义。“

 

文内图片与头图均来源于《纽约时报》

郭亨宇

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