摘要：今年早些时候，地中海的一个水下探测器发现了迄今为止能量最高的中微子。科学家们仍在谈论它，因为，嗯，这个发现可能是一个非常大的事情。这个中微子，也被称为“幽灵粒子”，不仅可能是为了逃离伽马射线暴或超大质量黑洞，而且还可能是由超强宇宙射线与宇宙微波背景 （CMB）

今年早些时候，地中海的一个水下探测器发现了迄今为止能量最高的中微子。科学家们仍在谈论它，因为，嗯，这个发现可能是一个非常大的事情。这个中微子，也被称为“幽灵粒子”，不仅可能是为了逃离伽马射线暴或超大质量黑洞，而且还可能是由超强宇宙射线与宇宙微波背景 （CMB） 相互作用产生的。

我们很快就会谈到后一点，可能是巨大的。此外，精确定位这种粒子的探测器甚至还没有完全建造出来——一旦组装起来，谁知道它能完成什么。“我们很高兴能观察到这一事件，我们渴望并好奇更多，”KM3NeT 的发言人、阿姆斯特丹大学的 Paul de Jong 告诉 Space.com

作为一些背景，欧盟资助的 KM3NeT（立方公里中微子望远镜）于 2023 年 2 月 13 日检测到了中微子。中微子是幽灵状粒子，因为它们的质量非常小，很少与其他形式的物质相互作用，这使得它们很难被探测到。每秒有数万亿个中微子穿过您的身体，但您无法分辨。科学家们必须耐心地发现哪怕一个中微子。

现代中微子探测器放置在水中，尤其是在黑暗中。有时，这些水被保存在水箱中，例如加拿大的萨德伯里中微子天文台以及日本的超级神冈探测器。其他时候，这些水在地下结冰，例如南极的 IceCube 中微子天文台。但是，中微子探测器也有可能真正浸入海中，就像 KM3NeT 的情况一样，它延伸到海浪以下 2.17 英里（3.5 公里）的深度。

水如此重要的原因是，中微子偶尔会与水分子相互作用。所涉及的能量可能非常大，以至于碰撞将水分子粉碎成一堆子核和粒子，特别是 μ 子。μ子传播速度很快，几乎和真空中的光一样快，绝对比光穿过水的速度快——水的折射率将光减慢到大约每秒 738,188,976 英尺（每秒 225,000,000 米），而真空中的光速为每秒 983,571,056 英尺（每秒 299,792,458 米）。因为 μ 子在水中的传播速度比光快，所以它们会以闪光的形式发出相当于音爆的效果。这种光称为切伦科夫辐射。

KM3NeT 由两个检测器组成。第一个名为 ORCA，位于法国海岸 8,038 英尺（2,450 米）深处，旨在研究中微子如何在不同类型的中微子之间振荡。另一个探测器，又名发现新的高能中微子的探测器——已被编为 KM3-230213A——被称为 ARCA，位于西西里岛海岸附近。

ARCA 和 ORCA 仍在建设中。完成后，ARCA 将配备 230 条垂直检测线下降到海中。每个模块都将衬有 18 个光学模块，其中包含 31 个光电倍增管，可以在这些深度的黑暗中发现切伦科夫辐射的闪光。在 ARCA 检测到 KM3-230213A 时，其检测线中只有 21 条正在运行。

检测到的 μ 子 ARCA 的能量为 120 PeV（1,000 万亿或千万亿电子伏特），这意味着产生它的中微子一定具有破纪录的 220 PeV 能量。这比可见光光子的能量高 100 万亿倍，比保持之前能量记录的中微子高 30 倍。

μ 子在被吸收之前可以在海中移动数英里，KM3NeT 检测到 μ 子水平移动，而不是直接向下移动到海底。

“μ 子上的水平方向非常相关，”de Jong 说。

渺子也可以在宇宙射线散裂中形成，其中宇宙射线进入地球大气层并与分子或原子碰撞，将其粉碎成亚原子粒子雨。以这种方式形成的 μ 子可以到达表面或进入海洋，同时笔直向下移动，而不是水平移动。de Jong 说，要水平移动，μ 子必须“在探测器附近产生，唯一现实的情况是它是由高能中微子产生的”。

220 PeV 的中微子是前所未有的。在我们的银河系中，已知的环境或物体都不可能产生具有如此大能量的中微子。这意味着它的起源一定是银河系外的，可能是在恒星爆炸并产生伽马射线暴的猛烈作用下产生的，或者是超大质量黑洞用巨大的引力潮汐力将恒星或气体云撕成碎片。因为中微子不会因磁场或引力而偏转，所以它们的行进方向会回到它们的源头。

“μ 子的方向与原始中微子的方向几乎相同，因此我们可以将其指向其宇宙起源，”de Jong 说。

那个起点在猎户座（猎户座）方向的某个地方。然而，虽然该区域有许多具有超大质量黑洞的活跃星系，但它们当时都没有表现出可以解释中微子的活动，当时也没有从那个方向检测到伽马射线暴。

但另一个有趣的可能性是，KM3-230213A 是第一个被发现的“宇宙成因”中微子，它是在超高能宇宙射线撞击属于宇宙微波背景的光子时产生的，该光子是宇宙微波背景在大爆炸后 379,000 年释放的残余光。

需要极高能的宇宙射线才能产生像 KM3-230213A 这样的中微子。阿根廷的皮埃尔·奥热天文台 （Pierre Auger Observatory） 等机构已经探测到超过 100,000 PeV 的宇宙射线。它们的起源尚不确定，但从理论上讲，每次这样的宇宙射线遇到 CMB 光子时，碰撞都会产生与 KM3-230213A 一样高能的中微子。

宇宙射线能量越大，其相互作用截面就越大，这意味着它更有可能与 CMB 光子相互作用。宇宙射线和 CMB 光子之间的持续相互作用减慢了宇宙射线的速度，限制了它们的动能。这称为 Greisen-Zatsepin-Kuzmin （GZK） 极限。

活跃的超大质量黑洞是超高能中微子的一种可能来源

宇宙中微子的可能性让 de Jong 兴奋不已。“这将是第一次观测到宇宙中微子，也将首次确认 GZK 截止线在带电宇宙射线之外——即使在那里，证据也是模棱两可的，”他说。

此外，宇宙中微子的能量可以揭示这些超高能宇宙射线的特性。这个参数是发现这种现象是仅由质子还是更重的原子核组成的关键，因此也是发现它们产生的原因的关键。尽管 KM3-230213A 是 KM3NeT 检测到的唯一极高能量中微子，但毫无疑问，还会有更多穿过地球的中微子未被检测到。KM3NeT 对 ARCA 的早期检测是否预示着最终能够更频繁地检测此类中微子？

“我们当然希望如此！”“但实际上，IceCube 等其他实验已经获取了更长的数据，并且没有观察到这样的事件，所以我们可能只是很幸运。”

2 月 12 日发表在《自然》杂志上的一篇论文描述了这一发现。

来源：当代生命哲学家一点号