新闻动态
船建智慧助力探索我国首个深海中微子望远镜“海铃计划”
日期:2021-09-17  来源:学院新闻  阅读:10705

   近日,“海铃计划探路者”项目团队完成各项预定海试任务并安全抵沪。本航次由上海交通大学李政道研究所徐东莲副教授担任首席科学家,威尼斯人3940com田新亮副教授担任领队,学院教师魏汉迪和廖年游、王鹏、刘然然等几名研究生参加此航次。海试队伍由来自上海交通大学、北京大学、清华大学、中国科学技术大学、自然资源部第二海洋研究所等机构的三十余位科学家组成。

  图1 海铃探路者试验团队合影

  “海铃计划”由上海交通大学李政道研究所徐东莲副教授提出并担任首席科学家,中国科学院院士景益鹏担任项目组组长,集合了上海交通大学物理、天文、海洋工程、海洋科学、材料、电子信息等学科的前沿研究优势和雄厚的工程能力。“海铃计划”旨在探索建设中国首个深海中微子望远镜,通过捕捉高能天体中微子来探索极端宇宙,构建我国完备的多信使天文网,推动粒子物理、天体物理、地球物理、海洋地理、海洋生物等前沿交叉研究,具备孕育多项原创科学发现的重大潜力。

  中微子是构成宇宙的基本单元之一,也是最为神秘的一种粒子,号称“幽灵粒子”。从1930年中微子首次被理论预言,1956年才被实验观测到,曾经有四次诺贝尔物理学奖是与中微子有关的。然而,关于中微子本身仍有许多未解之谜,如中微子的绝对质量为几何,它们是否为自身的反粒子等。宇宙中产生中微子的源头有很多,如宇宙大爆炸、超新星爆发、双中子星并合、黑洞爆发等极端的天体物理过程,或暗物质的湮灭和衰变。通过建造不同的探测器来研究中微子的振荡行为,人类得以部分窥见宇宙物质形成的基本规律。对中微子更深入的探究,或再次颠覆我们对基本物理规律的认知。

  目前世界上最知名的中微子望远镜是美国主导的冰立方(IceCube),其探测器阵列建在2500米深的南极冰层中。由于水对于光子的吸收和散射更好,在水中建设中微子望远镜比冰层中更优。目前在地中海的 Antares/KM3NeT和在贝加尔湖的 Baikal/GVD项目均在策划中。冰立方的前期探测表明,若要有效地寻找高能中微子的天体源,仍需提升下一代中微子望远镜的探测灵敏度。当下,欧美都在积极地筹建性能大大优化的二代中微子望远镜,预期在2030年前后建成;届时中微子天文学领域或实现重大突破。

  根据初步估算,“海铃计划“中微子探测阵列所占据的水体将会超过10个立方千米,大约相当于一百万个北京水立方体育馆的水体体积。这恐怕是有史以来最大规模的人造海洋结构物。要把这个庞然大物完整安装在海底3000米以下,而且要确保其长期稳定运行,在整个人类发展史上,是一个前所未有的壮举。这么大的系统,如何安装、如何运行、如何维护?这都是全新的问题,没有现成的解决方案,对我们科学家的想象力和工程技术能力,提出了极高的挑战。

  图2 ”海铃探路者“在船海工程试验中心水池测试

  图3 ”海铃探路者“全系统在线打压测试

  作为”海铃计划“前期预研论证项目,”海铃探路者“经过紧张的仪器、装备研制,终于于今年夏天完成研制并达到了出海试验条件。在项目研发的最关键环节,威尼斯人3940com水下工程研究所和船海工程试验中心试验水池依托丰富的水下工程技术经验和先进的水池测试条件,为项目的如期出海提供了有力保障。

  此次海试,团队在我国南海在预定海域布放数套自研的实验仪器,不仅原位采集到3500米海深的超过1TB的珍贵数据,还针对全水深海水相关性质进行扫描、检测。经初步分析,验证了预选海域作为中微子望远镜候选台址的可行性。此外,团队还成功布放了一套可长期监测海底流场、生物活动、沉积物及检验望远镜元器件的潜标,为后续望远镜阵列的设计和长期运维提供依据。本次海试的成功,是”海铃计划“迈出的关键一步。期待不久的将来,我们海洋工程学者可以与物理学家一道仰望星空,通过坐落于海底的中微子望远镜观测宇宙,探寻自然界最基本的物理规律。
 

版权所有 © 2014 威尼斯人3940com-澳门威尼斯网站推荐 沪交ICP备05053