ARCA发现史上最强中微子，能量高达数十PeV

ARCA发现史上最强中微子，能量高达数十PeV

2024年6月，在意大利米兰举行的国际中微子会议上，中微子物理学家João Coelho透露了一个令人振奋的消息：地中海在建的ARCA天文台可能发现了有史以来能量最高的中微子。这一发现不仅展示了中微子探测技术的重大突破，也为人类理解宇宙最深处的奥秘提供了新的线索。

ARCA（宇宙深渊天体粒子研究天文台）是欧洲立方千米中微子望远镜（KM3NeT）项目的一部分，位于意大利西西里岛东南3500米深的海底。这个独特的地理位置为探测宇宙中的高能中微子提供了理想的环境。

ARCA的结构设计极具创新性。它由28串垂直绳弦阵列组成，每根绳弦长达800米，上面串联着18个探测器单元。这些探测器单元是直径约为半米的有机玻璃球，内置光探测器，能够捕捉到极其微弱的光信号。尽管每个探测器只能探测到少量光子，但正是这些看似微不足道的信号，可能隐藏着宇宙中最极端物理过程的秘密。

中微子是宇宙中最神秘的粒子之一，它们不带电荷，几乎不与其他物质相互作用，因此能够穿越宇宙中的各种障碍，携带来自遥远天体的原始信息。超高能中微子，尤其是那些能量高达数十PeV（1PeV=10^15电子伏特）的中微子，被认为是宇宙中一些最极端事件的“信使”，比如超大质量黑洞的爆发或伽马射线暴。

ARCA天文台并不能直接“看到”中微子。当中微子撞击海水或岩石分子时，会产生一种高能带电粒子——μ子。当μ子穿过探测器时，会引发一系列带电粒子簇射，产生微弱的闪光，这些闪光被探测器捕捉到后，科学家们就能间接推断出中微子的存在及其性质。

Coelho在会议上表示，超过1/3的ARCA传感器记录到了与μ子水平穿过探测器一致的闪光。这些μ子来自低于水平线一度的方向，暗示着它们可能源自遥远的宇宙深处。如果这一发现得到进一步确认，这将是人类迄今为止探测到的能量最高的中微子，为研究宇宙中最极端的物理过程提供前所未有的线索。

这一发现对中微子物理研究具有深远意义。中微子作为宇宙中的“幽灵粒子”，其行为和性质一直困扰着科学家。超高能中微子的探测不仅能够帮助我们更好地理解中微子本身，还可能揭示宇宙射线的起源、黑洞的活动以及宇宙大尺度结构的形成等重要问题。

值得注意的是，ARCA天文台只是全球中微子研究网络中的一个关键节点。在中国，江门中微子实验（JUNO）正在紧锣密鼓地建设中，预计将于2025年8月开始正式运行。JUNO的核心探测器是一个位于地下700米的巨型液体闪烁体探测器，体积比目前国际最好水平增大了20倍，能量分辨率达到前所未有的3%。建成后，JUNO将与日本的顶级神冈中微子实验（Hyper-K）和美国的深部地下中微子实验（DUNE）形成三足鼎立之势，共同推动中微子研究的深入发展。

随着ARCA这一重大发现的公布，中微子研究领域正迎来新的高潮。这些“宇宙信使”将继续带领人类探索宇宙的最深处，揭示那些隐藏在黑暗中的秘密。