宇宙未知源中微子刷新能量紀錄，揭開宇宙奧秘新曙光

近期，一顆來自太空的中微子以破紀錄的能量衝入地中海，這一發現讓物理學家們興奮不已。據《自然》期刊2月13日報導，這顆中微子攜帶著約2.2億億電子伏特的能量，其能量強度約為先前已知最高能量宇宙中微子的20倍。

2023年2月，一個繆子在KM3NeT望遠鏡的水下纜線叢中疾馳而過。當繆子穿過探測器（紅色路徑）時，它發出微弱的光芒，被沿纜線佈置的光感測器捕捉到（藍色和橙色為被激活的感測器）。這一過程被KM3NeT望遠鏡部分建成的立方公里中微子望遠鏡捕捉到。

威斯康辛大學麥迪遜分校的物理學家、南極冰立方中微子天文台首席研究員弗朗西斯·哈爾岑表示：「他們中了大獎。我們用更大的探測器收集數據長達10年，從未見過這樣的事件。」

物理學家們一直渴望對宇宙中微子進行編目，因為這些輕質、電中性的粒子能夠幾乎不受干擾地穿越浩瀚的太空。能量最高的中微子可以讓我們深入了解產生它們的強大現象，比如超大質量黑洞。然而，捕捉這些幾乎不與物質相互作用的粒子，需要巨大的望遠鏡，比如像冰立方那樣由嵌入冰中的感測器組成，或者像KM3NeT那樣沉入水中的望遠鏡。

KM3NeT的兩個中微子探測器——一個位於西西里島海岸附近，另一個在法國南部附近——仍在建設中，但已經開始收集數據。這兩個探測器都包含數百米高的纜線，纜線上串聯著固定在海底的一束束光感測器。

當宇宙中微子與KM3NeT探測器內或附近的物質相互作用時，會產生繆子等帶電粒子。當這些繆子在水中高速穿行時，會發出微弱的藍色光閃，KM3NeT的感測器可以捕捉到這些光閃。通過記錄不同感測器檢測到光的時間，可以揭示粒子的路徑；藍光的亮度則反映了粒子的能量。

2023年2月13日，西西里島附近的探測器被一個能量極高、幾乎平行於地平線行進的繆子穿過。當時，計劃中的230根感測器纜線中只有21根就位。根據繆子的能量和軌跡，KM3NeT的科學家們確定它一定是由來自太空的中微子產生的，而不是大氣中的粒子。

模擬結果顯示，這顆中微子的能量約為220拍電子伏特，而之前的紀錄保持者約為10拍電子伏特。KM3NeT團隊成員、義大利菲斯恰諾薩勒諾大學的物理學家路易吉·安東尼奧·富斯科表示：「這是一種令人震驚的情況。就好像中微子物理學家們以前只見過用幾根火柴點燃的小火，『然後有人拿著噴火器出現了』。」KM3NeT的研究人員估計，他們預計大約每70年才能見到一次這種級別的中微子。

馬里蘭大學帕克分校的物理學家埃里克·布勞福斯在同一期《自然》期刊上對這項研究發表了評論，他說：「我一開始確實持懷疑態度，但他們在論文中提出了相當有說服力的證據，證明這是真的。」

為了追蹤這顆中微子的來源，KM3NeT團隊仔細研究了伽馬射線、X射線和無線電望遠鏡的數據。在中微子來源的天空區域，有12個天體格外引人注目。富斯科說：「其中大多數是活躍星系核」——即星系中超大質量黑洞正在吞噬氣體和塵埃的明亮核心。「問題是這樣的天體太多了，很難確定是哪一個。」

另一種可能性是，這是第一顆被觀測到的宇宙成因中微子，它是由超高能宇宙射線與宇宙微波背景（大爆炸的餘暉）中的光子相互作用產生的。賓夕法尼亞州立大學的理論物理學家小田村瀨（未參與該研究）表示：「目前很難對其來源下結論，僅依靠一個事件下結論是危險的。」

KM3NeT的擴建將提高其捕捉中微子並確定其來源的能力。其他中微子望遠鏡也在籌建中，比如冰立方的擴建計劃、加拿大溫哥華島附近擬建的天文台以及南海正在建設的一個天文台。村瀨表示，這些工具可能會幫助研究人員鎖定具有極高能量的中微子的誕生地。