簡介
冰立方望遠鏡(IceCube),全稱為冰立方中微子探測望遠鏡陣列,意為這個望遠鏡陣列覆蓋了南極大陸將近一立方千米的冰層,並處於冰層下數千英尺深處。其位置處於阿蒙森-斯科特(Amundsen-Scott)南極站附近,深達2.44公里的冰原下。
冰立方中微子望遠鏡屬於冰立方中微子天文台,安裝在該天文台的冰立方實驗室,它的修建從2000年開始,於2010年12月27日竣工。整個項目耗資2.79億美元,美國國家科學基金會為其提供了2.42億美元資助。建成該巨型望遠鏡有助於研究人員揭開中微子的奧秘,該粒子可以幫助科學家了解宇宙的起源之謎。
結構特點
體積
冰立方望遠鏡被科學家們稱為比帝國大廈、位於芝加哥的西爾斯大廈以及上海的世界金融中心等大廈加在一起還要龐大。
構造
冰立方陣列由放進很深的冰洞裡的眾多感測器串組成,稱為數位化光模組(DOM),這種特殊製造的感測器用來捕捉中微子。靠近冰面的IceTop由兩層探測器組成。在安裝過程中,科學家圓形探測器被串成串,放入用熱水鑽開鑿出來的冰洞裡,鑽每個冰洞需要融冰多達20萬加侖。每根電纜線上有60個感測器,86串這樣的感測器串組成冰立方的主探測器。然後將其與主幹光纖網連線,部署在數個區域陣列中。
布局
共分為地面控制站與地下探測器陣列兩層。
建造位置
中微子的性質,決定了冰立方的建設位置。中微子望遠鏡的透明度必須很高,以便分布很廣的感測器陣列可以發現撞擊產生的光,而且這個環境必須足夠黑,以防自然光產生干擾。除此以外,它還必須深埋地下,以避免南半球的宇宙射線對其產生干擾。南極冰符合所有這些條件。
天文台的大小(邊長一公里的立方體冰塊)非常重要,因為這可增加中微子與原子相撞的機會,大大提高觀測成功率。另外,南極冰是用來觀測這種罕見事件的完美選擇。全球大部分冰里都含有氣泡或其他雜質,這會使觀察結果產生誤差。而南極冰基本上完全是由水冰組成的巨大冰川,這意味著它包含更多原子,因此會大大增加中微子撞擊的機會。
建造目的
中微子與原子相撞產生的粒子名叫μ介子,生成的藍色光束被稱作“切倫科夫輻射”。由於南極凍的透明度極高,冰立方的光學感測器能發現這種藍光。科學家通過在亞原子相撞後進行的試驗,可以追蹤到中微子的運行方向、查找到它的起源,看一看它是由黑洞還是由撞擊星系產生的。然而,這一過程比探測μ介子更加複雜。因為每個μ介子都是由一個宇宙中微子產生,而位於探測器上方大氣里的宇宙射線可以生成一百多萬個中微子。為了避免這種干擾,冰立方的感測器直接瞄準下方——經地心指向北極天空,用來探測穿過地球的中微子。
由於中微子是截至2012年已知的唯一一種可以暢通無阻地穿過物質的粒子,故冰立方和南極μ介子及中微子探測器列陣(AMANDA)把地球當做過濾器,以便選出中微子與原子相撞產生的μ介子。