科技日報記者 符曉波
中微子是宇宙中最神秘、最難以探測的基本粒子之一，其相關研究不僅對揭示天體演化和宇宙線起源具有關鍵作用，還可能帶來顛覆性技術突破。
3月28日至29日，香山科學會議第779次學術研討會在福建省廈門市舉行。本次研討會將“宇宙信使”中微子前沿議題與深海探測研究并置，邀請國內(nèi)物理學、天文學、海洋科學領域?qū)＜?，就中微子探測及相關大科學裝置的科學價值和跨學科協(xié)作潛力展開深入探討。
探測通天入地的“信使”
“高能中微子是超越銀河系尺度的唯一高能‘信使’，中微子天文學經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，已到該領域‘從0到1’突破的關鍵節(jié)點。過去10余個相關實驗，特別是我國的高海拔宇宙線觀測站（拉索）實驗，發(fā)現(xiàn)銀河系內(nèi)存在大量高能宇宙線候選天體，已對下一代中微子天文望遠鏡的探測靈敏度提出了準確的需求。”中國科學院院士、中國科學院高能物理研究所研究員曹臻表示，中微子天文學是有望實現(xiàn)人類重大科學突破的領域，也應成為我國科學家搶占國際科技制高點、引領學科發(fā)展的重要方向。
中微子是構成物質(zhì)世界最小單元之一，幾乎沒有質(zhì)量、沒有電荷，與物質(zhì)相互作用很弱，因此可以不受任何阻擋穿越宇宙。探測中微子，可以解開宇宙起源、天體演化等諸多謎題。
華東理工大學物理學院教授廖瑋認為，科學新方向多由新工具和新實驗驅(qū)動，超越1立方公里體積的大型中微子探測器可看作是宇宙學探針，將為探索宇宙演化和宇宙中的物質(zhì)組成提供實驗證據(jù)。
目前，國內(nèi)外正在研發(fā)新一代中微子天文望遠鏡，力求突破現(xiàn)有裝置的靈敏度瓶頸。有研究表明，在深水下或冰層中部署大規(guī)模立體探測器，能有效探測高能天體中微子信號。目前國際上最知名的中微子望遠鏡——冰立方，就選擇將探測器陣列建在1450米深的南極冰層之下。
與會專家介紹，高能中微子的探測不僅需要立方公里級介質(zhì)，還需布置在約3000米水下，覆蓋海域達100平方公里。因此，南海海域是我國建設中微子天文裝置的唯一可選區(qū)域。
會上，中國科學院高能物理研究所研究員陳明君介紹，由該所、中國海洋大學和中國科學院聲學研究所等單位科研人員聯(lián)合開展的預先研究，依托南海海底科學觀測網(wǎng)，已在南海開展光敏探頭、投放及海底布設等驗證工作，預計明年完成預研工作；上海交通大學李政道研究所團隊也獨立開展了相關的預先研究，徐東蓮副教授報告了研究的進展。
裝置共享推動學科互促共榮
談及中微子天文裝置，參與研討的海洋學科專家認為，這一布設于深海的大科學裝置，同樣有望成為撬動海洋科學新發(fā)展的“支點”，為海洋研究提供前所未有的精密平臺。
廈門大學海洋與地球?qū)W院教授劉志宇認為，深海探測是當前海洋科學的前沿領域，中微子探測裝置所需的水文環(huán)境監(jiān)測設備在滿足中微子探測需求同時，可實現(xiàn)對海洋要素的超高時空分辨率觀測，具有革新海洋科學前沿研究的巨大潛力。
多位與會專家指出，一方面，中微子探測所需的深海光學傳感、能源供給等技術與深海觀測應用的技術存在高度共性；另一方面，海洋動力學研究中渦流、湍流等要素又是影響中微子探測精度的關鍵因素，這也對探測裝置的設計與運維提出挑戰(zhàn)。
“中微子探測要求水質(zhì)穩(wěn)定，沒有水體生物地球化學過程干擾，但現(xiàn)實中的海洋環(huán)境往往難以撇開這些干擾過程，中微子探測的背景噪聲恰恰是研究海洋生地化過程的豐富數(shù)據(jù)。”自然資源部第二海洋研究所研究員陳建芳表示，未來，深海中微子觀測系統(tǒng)應當實現(xiàn)兼具宇宙極端事件探測與海洋環(huán)境生化過程監(jiān)測雙功能，實現(xiàn)“一裝置、多產(chǎn)出”，推動跨學科合作和資源共享范式創(chuàng)新。
中國海洋大學教授田紀偉介紹，不久前，我國科研團隊在南海順利完成深海中微子與動力過程協(xié)同觀測潛標首次布放，并成功接入國家重大科技基礎設施南海海底科學觀測網(wǎng)開始實時運行?！昂Ｑ罂茖W與理論物理具有相近的研究范式，兩者交叉融合必將迎來新的研究空間?！彼f。
