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(来源:文汇报)
对上海交通大学李政道研究所的青年科学家徐东莲来说,这个春节很不寻常。2026年是“海铃计划”(TRIDENT)的关键一年:“海铃一期”将从关键技术攻关,全面迈向工程化实施与规模化验证的新阶段,争取完成10根望远镜串列,建成覆盖约1立方公里的小型中微子望远镜,正式开始寻踪被称为“幽灵信使”的宇宙中微子。
徐东莲是“海铃计划”的首席科学家。这一科学项目,正是源于她多年前提出的大胆设想:在中国西沙海域建设一座深海中微子望远镜。2021年,在上海市、上海交通大学等多家单位支持下,她牵头组建了海铃合作组。同年9月,徐东莲率队赴西沙完成3500米深海原位勘测,选中理想台址,为海铃望远镜的建设奠定基础。
右一为徐东莲,正和课题组成员共同测试设备
随着项目推进,如今海铃合作组已发展成一个囊括国内外众多科研院所与专家学者,并具有跨学科特色的大型国际合作团队。
“从7年前开始探路,到自研、自制设备,现在,‘海铃一期’的推进已经可以以天计算了,每一天都至关重要。目前,部分核心装备正在实验室进行长周期的质量自控测试,团队成员春节期间也随时待命。”徐东莲说。
破解宇宙射线起源的未解之谜
人类探索宇宙的传统手段主要依赖电磁辐射观测,但在极端致密的天体环境中,高能光子易被吸收而无法逃逸,导致天文探索陷入瓶颈。但中微子则不同,它能携带宇宙大爆炸、恒星演化等关键信息从致密天体环境中逃逸,而且,在穿越天文尺度距离时也不会被星际磁场偏转。这是因为,中微子不带电且质量近乎为零,与物质的相互作用极弱。正因如此,中微子被称作宇宙的“幽灵信使”。
深海中微子望远镜示意图“中微子观测是破解宇宙起源之谜、探索极端天体物理过程的关键手段。‘海铃计划’通过提升对高能天体中微子的探测能力和观测精度,帮助我们揭开宇宙极端事件的神秘面纱,深入理解其起源与演化规律。”徐东莲告诉记者。
目前,全世界最大的中微子望远镜是位于南极冰层下的“冰立方”(IceCube)。然而,南极冰川尘埃多、对光子的散射强,观测精度受到限制。此外,想要进一步探索极端宇宙中的未知,就需要更灵敏的探测器、更大的监测体积,获取更高数量级的中微子统计样本。正是基于这样的考虑,2015年,还在“冰立方”工作的徐东莲就提出了在中国南海建设中微子望远镜的设想。
她介绍,因为深水散射少,在南海建设中微子望远镜,探测指向精度有望实现数量级提升。而且,南海地处赤道附近,观测视野更广,“海铃” 将成为国际上首个兼具低纬度覆盖、全灵敏度巡天能力的中微子望远镜,填补全球中微子探测网络在赤道区域的空缺。
同时,目前我国在低能中微子(JUNO)、γ射线(LHAASO)、射电(FAST)、引力波(天琴/太极)等领域都有先进的探测设备及规划。“海铃”建成后,将填补我国多信使天文观测网的关键空白,推动粒子物理、天体物理、海洋工程等交叉研究。
筹备近10年,深海底的“天眼”即将开启
“2025年3月,我们已在海铃盆地完成望远镜样机的回收,同步获取了海水放射性本底、大气缪子信号等多项长时标监测数据,核心探测单元hDOM也已完成研发与集成。今年,我们将在目标海域开启‘海铃一期’的建设工程。”徐东莲介绍。就在不久前,海铃合作组刚召开了第10次指挥调度会暨第28次交叉工程推进会。
自去年5月起,海铃合作组指挥协调会已实现每月一次的常态化推进。之所以要如此高频推进,是因为“海铃计划”涉及海洋工程、粒子物理、化学等多学科的深度交叉融合,从各子系统的研发、不同学科领域的技术衔接,到工程落地的细节统筹,每一步都存在不小的挑战,每个环节都要层层攻坚。
“从设备研发到海底地形勘测,再到望远镜在深海精准布设,都要靠我们自己完成。”徐东莲告诉记者,为了提高观测精度,海铃项目组创新研发了“混合型光电球舱(hDOM)”,可更精准地定位中微子天体源。在深海工程技术方面,项目组自主研制了深海精密仪器柔性布放系统——“蜘蛛系统”,保障望远镜阵列在水下安全、精准布设。
令人惊喜的是,在“海铃计划”建设过程中,团队已收获多项重要成果,多篇论文在重要期刊发表,受到国际科学界高度关注。
“今年,‘海铃一期’建设正紧锣密鼓筹备,团队的每一个人都满心期待着在中国深海里响起‘宇宙铃声’,接收到来自宇宙深处的信号。”徐东莲说。
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