在人類仰望星空、探索宇宙終極奧秘的征途上,我們致力于探測宇宙中的“幽靈粒子”——中微子。它幾乎不與物質(zhì)發(fā)生反應,攜帶著宇宙最深處的奧秘,穿越億萬光年來到我們身邊。為了捕捉這些粒子,我們的目光從遙遠的宇宙深處,轉(zhuǎn)向了深邃的海洋。
想要捕獲這些近乎“隱身”的中微子,需要一個極其龐大、純凈且處于黑暗環(huán)境中的探測器。南海3000米以下的水體,以良好的水質(zhì)、近乎完全黑暗的環(huán)境和天然的屏蔽,成為建設巨型中微子望遠鏡的理想場所。
“海鈴計劃”的核心構(gòu)想,便是在南海深處,布設一個由數(shù)萬只高靈敏度光學傳感器組成的立體陣列,構(gòu)成一座體積達數(shù)立方千米的“深海望遠鏡”,像矗立在深海里的一串串“風鈴”。當中微子穿過這一串串“風鈴”,罕見地與海水中的原子核發(fā)生相互作用時,會產(chǎn)生一種名為“切倫科夫輻射”的微弱藍光。我們的使命,便是研發(fā)、部署并運行這套精密的探測陣列,在黑暗中捕捉這轉(zhuǎn)瞬即逝的“深海之光”,從而反推中微子的能量與方向。
這是一項集成了粒子物理、海洋工程、信息科學等多學科挑戰(zhàn)的系統(tǒng)工程。每一個玻璃球艙(光學模塊)都要承受超過350個大氣壓的壓強,并確保在深海低溫、高腐蝕環(huán)境下長期穩(wěn)定工作。數(shù)萬節(jié)點的百皮秒級精密時鐘保持同步、數(shù)據(jù)的深海長距離傳輸以及從背景噪聲中提取極端微弱信號,每一步都是對精密探測器技術與深海工程實施的極大考驗。
我于2008年前往國外攻讀博士,2018年回國組建團隊,啟動了“海鈴計劃”。個人多年研究中微子天文學的積累,以及國家對基礎研究及深海探索的高度重視與持續(xù)投入,給了我勇氣來挑戰(zhàn)深邃而未知的海洋。
迄今,團隊已在核心探測器研制、原位環(huán)境測量、數(shù)據(jù)采集、深海精準布放系統(tǒng)研發(fā)等方面完成技術創(chuàng)新并取得階段性突破,為“海鈴計劃”的順利實施奠定了工程基礎。團隊正全力以赴,投入到2026年“海鈴計劃”第一階段的建設與海試準備中。我們與國內(nèi)頂尖的海洋研究機構(gòu)、高性能計算中心以及相關高校建立了緊密的協(xié)同攻關機制,力爭早日使海鈴中微子望遠鏡能“聽”到中微子信號。
展望“十五五”,基于深海的大型中微子望遠鏡是國際前沿基礎科學的戰(zhàn)略制高點之一,也是我國中微子天文學領域從跟跑到領跑的一個歷史性機遇。我相信,通過多學科深度交叉融合,我們的科學家團隊將在這片深藍中,建成并運行好屬于人類共有的中微子望遠鏡。
(作者為上海交通大學李政道研究所長聘學者,本報記者黃曉慧采訪整理)
原標題:捕捉轉(zhuǎn)瞬即逝的“深海之光”(創(chuàng)新故事)
記者手記
以求真信念照亮科學進程
走進上海交通大學李政道研究所的天問大廳,抬頭仰望,上方是一片透明的玻璃頂。蔚藍的天空下,沿著直徑40米的球形中庭坡道旋轉(zhuǎn)向上,一幅600米長的“天問”長卷,展示著人類探索宇宙起源的歷程。其中既有宇宙創(chuàng)世瞬間的壯麗,也有人類對于宇宙演化規(guī)律的思考與發(fā)現(xiàn)。
這幅“長卷”,是李政道研究所全體科學家經(jīng)過33次會議討論,用幾個月的時間共同繪制而成的。正是在這方探尋科學之美、孕育瑰奇想象的星空下,徐東蓮領銜的“海鈴計劃”科學家團隊,提出在深海探尋宇宙奧秘的科學計劃,這是屬于中國科學家面向未來的科學想象。
采訪中,徐東蓮表示,宇宙的未知充滿魅力,她所做的就是要去探尋和揭示這些未知,這個過程雖然艱辛,但樂趣無窮。如今,在奮進“十五五”的征程上,有越來越多像徐東蓮一樣的中國科學家,正以求真的信念拓展認知的邊界,照亮科學文明的進程。
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