冰立方中微子天文台

冰立方中微子天文台

南極冰立方中微子天文台(IceCube Neutrino Observatory,簡稱為“冰立方”IceCube)是由美國國家自然科學基金會資助的,由86根裝備了感測器的電纜所組成,這些電纜一頭連在地表實驗室中,另一頭從冰洞向下延伸至2.5公里的深度。該天文台耗資2.79億美元,是同類天文台中最大的一座,它的使命是去搜尋可以穿透幾乎所有物質的神秘亞原子微粒——中微子。

簡介

冰立方中微子天文台冰立方中微子天文

冰立方中微子天文台,位於南極洲約2.4公里深的冰層下,經過長達10年的鑽洞作業後於2010年建成,由美國國家自然科學基金會資助,全球40個學術機構參與建立。“冰立方”是一個容積為1立方公里的六方體,耗費超過2.7億美元(約合人民幣17億元)。

冰立方天文台是由86根裝備了感測器的電纜所組成,這些電纜一頭連在地表實驗室中,另一頭從冰洞向下延伸至2.5公里的深度。它的使命是去搜尋可以穿透幾乎所有物質的神秘亞原子微粒——中微子

中微子-內部結構模型圖中微子-內部結構模型圖

發展歷史

自2004年起冰立方開始施工建造,是一個容積為完整一立方公里的六方體,耗費超過2.7億美元。

2006年,第一台探測器被埋入地下。

2010年12月份,天文台在南極建造完工。

建造地點

科學家們認為,在地球上,每天都有數以兆計的中微子穿過而不留一點痕跡。而如果有一個中微子偶然撞上冰層原子或水分子,就會散發一道藍光,“冰立方”就能偵測出來。因此,科學家們把“天文台”置於冰層豐富的南極。冰層就像一張網,可以隔離中微子,讓人們更容易發現它們;此外,冰層也會保護望遠鏡免遭輻射。

設備

冰立方陣列由放進很深的冰洞裡的眾多感測器串組成。冰立方陣列由放進很深的冰洞裡的眾多感測器串組成。

天文台的“望遠鏡”是由深埋南極冰川底下的5160個光學感應器所組成,每個感應器約一個籃球大小,它們所占的容積達一立方公里。 科學家們為5160個光學感測器鑽了86個冰洞,每兩個洞之間相隔800米,而每一條凍結在洞裡面的電纜包含有60個光學感測器。

2013年4月,科學家們通過“冰立方望遠鏡”發現了一對中微子,它可能是自1987年以來發現的第一對來自太陽系以外的神秘粒子。如果這一發現被證實,那么它可能引發一種研究宇宙的新方法,這或可能幫助解開一系列宇宙之謎。

探測原理

宇宙射線是一種以接近光速運行的高能量粒子流,它們進入地球大氣層後與空氣中的原子發生碰撞,產生電荷進而引發閃電雷暴現象。宇宙射線中的高能粒子轟擊其他物質的原子時,將會產生輻射和中微子,而中微子是宇宙中除光子之外最多的粒子。但它們不帶電荷且幾乎沒有質量,以致於它們可以穿過岩石、金屬,甚至人體,因此很難探測到中微子。在極少情況下,中微子會撞到原子,然後產生一種被稱為μ子的粒子以及一種藍光閃爍,“冰立方”中微子天文台的探測器就可以捕獲這閃爍。

主要作用

深入冰層深入冰層

“冰立方”包括了數千台深埋於地下的探測器,當這些能夠自由穿越於星系之中、且能量很高的宇宙射線及粒子與南極冰雪中的原子發生碰撞時,將會產生稍縱即逝的藍光閃爍,此時極度敏感的探測器便可記錄下這些閃光。然後探測器會通過對撞擊而生的關於閃光特徵的記錄,鎖定這些閃光的運行路徑,從而幫助科學家揭示出它們來自銀河系中的具體方位。

科學家們現在希望當這台設備最終建成之後將幫助他們確定到底是何種機制生成了這些自由穿越於星系之中的高能宇宙射線以及中微子。

此外,科學家預料這種和中微子的碰撞事件發生機率極低,可能每年只會出現幾次,但是自從2006年第一台探測器被埋入地下以來,他們已經探測到了若干次這樣的撞擊事件。

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