Rachel Courtland　文　Shea　編譯

捕獵難以捉摸的中微子通常要跋涉到南極、地中?；蛘呤秦惣訝柡?。但正有越來越多的項目意圖通過把射電望遠鏡對準月球來尋找最高能的中微子。

[圖片說明]：美國甚大天線陣觀測月球中微子的概念圖。版權：Ted Jaeger(University of Iowa)/NRAO/AUI/NSF。

　　如果這一嘗試成功的話，它們就可能會揭示出宇宙中最強大的粒子加速器甚至是存在新物理學的證據。

　　中微子是一種可以輕而易舉穿透物質的基本粒子，只有在極少數的情況下才會和物質中的原子核發(fā)生碰撞。迄今為止，只探測到了來自太陽和超新星1987A的地外中微子。

　　但天文學家懷疑宇宙充滿了由宇宙加速器產生的能量甚至更高的中微子，這些宇宙加速器能把帶電粒子加速到地球上最強大的加速器所能達到能量的1億倍。

　　由于中微子和物質的相互作用極為罕見，為此要捕獲它們就必須要用大量的物質。當中微子和原子發(fā)生碰撞的時候會產生許多粒子，這些粒子在介質中運動的時候就會發(fā)出閃光，現在的中微子探測器就是專門設計來探測這些閃光的。

巨型探測器

　　由于光可以較為暢通地在其中傳播并且達到探測裝置，因此湖泊、海洋和冰原都是理想的中微子探測材料。不過月球相對均勻、密實的月壤可能也是一個很好的中微子探測標靶。高能中微子與和月壤原子的碰撞應該會產生持續(xù)數納秒的射電波爆發(fā)，它可以穿過月球表面運動幾十或幾百米。

　　瞄準月球邊緣的射電望遠鏡興許就有可能觀測到這些短暫的能量爆發(fā)。但是，識別這些信號并非易事。超高能中微子碰撞事件極為罕見，天文學家預計一個月內可能只會發(fā)生數起。而射電望遠鏡還會受到其他信號的干擾，其中也包括人為的，這些必須被排除在外。

　　但月球巨大的身材可以彌補這一局限性。在這場狩獵的游戲中大小決定了一切。

聚焦月球

　　在2009年初一個荷蘭的科學家小組使用由14面天線組成的綜合孔徑射電望遠鏡對月球中微子信號搜尋進行了嘗試。該研究小組希望以后能在有超級計算機支撐的低頻陣來進行更靈敏的觀測。

　　他們并不是目前唯一的月球中微子獵手。一個美國科學家小組也在2009年使用美國的甚大天線陣進行了50小時的觀測。另一個小組則使用帕克斯64米射電望遠鏡來搜索了有關的信號。美國綠岸天文臺的一個小組則希望能利用兩架退役的25米射電望遠鏡來和另一架望遠鏡組成一個陣列來搜尋中微子。

　　那么他們會看到什么呢？目前尚不清楚。由于天文學家們已經找到了以超常的速度運動的超高能量宇宙射線，因此他們懷疑存在超高能的中微子。當超高能宇宙線和大爆炸遺留下來的光子發(fā)生碰撞的時候，就會產生中微子。它們還有可能和物質相互作用產生更多的中微子。

奇特的來源？

　　但目前的月球中微子搜尋只能用于探測能量極其高的中微子，它們的能量比已知的能量最高的宇宙射線還至少要高10到1000倍。

　　這一能量對于宇宙中最強大的粒子加速器——例如超大質量黑洞和γ射線暴——而言可能太高了。我們熟知的常規(guī)物理過程產生不了這么高能的中微子，所以如果一旦觀測到它們，就可能意味著存在新的物理學。

　　有人提出，緊接著大爆炸之后產生的超重暗物質粒子或者是時空拓撲結構的缺陷等等這些特異的現象可以把粒子加速到這一能量。但是，在現有的宇宙射線探測器中還沒有發(fā)現與它們有關的跡象。

宇宙射線之謎

　　高能中微子可以幫助解決超高能宇宙射線的起源之謎。天文學家懷疑超高能宇宙線可能是被γ射線暴或者超大質量黑洞產生的物質噴流加速到高能量的。

　　當它們和大爆炸光子發(fā)生碰撞的時候會快速地損失能量。因此，來自1.5億光年之外的宇宙線在到達地球之前就會“消散”。

　　但極少發(fā)生碰撞的中微子可以超越這一極限揭示出宇宙線是如何產生的。由于它們不帶電，中微子運動軌跡不會受到宇宙中磁場的干擾。這一屬性可以讓天文學家回溯中微子的發(fā)源地。它們會告訴我們宇宙中從大爆炸至今最高能加速器的有關信息。

南極冰原

　　除了月球以外，科學家還把目光放到了南極冰蓋上。與之有關的實驗也是搜尋由超高能中微子撞擊產生的射電信號。但是在冰層中這些信號相比在月壤中可以傳播更遠，也更強。不過這一實驗每次運行只能持續(xù)幾周，而射電望遠鏡則可以很容易地長年監(jiān)測月亮。

　　而且即使目前月球實驗沒有發(fā)現中微子，科學家希望他們?yōu)榇搜邪l(fā)出的技術會為將來為更大、更靈敏的射電望遠鏡陣列——例如，一平方千米天線陣——奠定基礎。雖然這個領域存在競爭，但無論是誰第一個捕捉到了這些超高能中微子都將為天文學翻開全新的一頁。