一塊巨大的立方體在3000米深的南海海底閃著微光，洋流的作用推著它輕輕晃動(dòng)，立方體間種的約千根線纜，也隨之像水藻一樣輕微舞動(dòng)。

黑暗，安靜，專注，這是2030年。海水是它的鏡片，它的目光穿過3000米深的海洋，設(shè)法捕捉來自宇宙的、大氣的，運(yùn)動(dòng)或無聲消亡的高能中微子。

這不是科幻故事中的情節(jié)，這是上海交通大學(xué)正在牽頭的“海鈴計(jì)劃”——這一重大項(xiàng)目試圖通過研究中微子，來探索高能物理世界，希望能在2030年左右建成首個(gè)中國(guó)主導(dǎo)的深海中微子望遠(yuǎn)鏡。

建成后，人類將有機(jī)會(huì)通過它來捕捉高能天體中微子，探索極端宇宙。

日前，項(xiàng)目已成功邁出了第一步——成功在預(yù)定海域布放數(shù)套自研的實(shí)驗(yàn)儀器，不僅原位采集到3500米海深的超過1TB的珍貴數(shù)據(jù)，還針對(duì)全水深海水相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行掃描、檢測(cè)。經(jīng)初步分析，驗(yàn)證了預(yù)選海域作為中微子望遠(yuǎn)鏡候選臺(tái)址的可行性。

“陣列在洋流的作用下有微微跳舞的感覺，中微子信號(hào)一來，如果我們用浪漫的心態(tài)去觀測(cè)圖像的話，它就像信號(hào)撥過鈴鐺的陣列，給我們帶來遙遠(yuǎn)宇宙深處的訊息，因此命名為‘海鈴計(jì)劃’?！表?xiàng)目首席科學(xué)家、上海交通大學(xué)李政道學(xué)者徐東蓮說。

“海鈴計(jì)劃”探路者項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)近日完成各項(xiàng)預(yù)定海試任務(wù)并安全抵滬。本文圖片均為 上海交通大學(xué) 供圖

“海鈴計(jì)劃”：監(jiān)測(cè)水體超過100萬個(gè)北京水立方

澎湃新聞?dòng)浾邚目蒲袌F(tuán)隊(duì)了解到，“海鈴”是一個(gè)由約千根線纜形成的大型格點(diǎn)陣列，每根線纜安放數(shù)十個(gè)光學(xué)球艙，每個(gè)球艙內(nèi)含光電探測(cè)器。

“海鈴”監(jiān)測(cè)水體超過100萬個(gè)北京“水立方”，其工程目標(biāo)是建成一個(gè)連續(xù)工作20-30年、全天候、全時(shí)段運(yùn)行的海底中微子望遠(yuǎn)鏡陣列。

為何在海底安放這一巨大裝置？

科研團(tuán)隊(duì)介紹，首先，海底高壓、少氣泡；其次海底可以屏蔽大氣噪聲與大量宇宙射線，讓探測(cè)器在安靜的環(huán)境下看得更清楚；此外海水對(duì)光的散射吸收很弱，光可以傳播更遠(yuǎn)的距離?！翱梢哉f，海水是中微子反應(yīng)的介質(zhì)，也可以理解為我們望遠(yuǎn)鏡本身的組成部分。”徐東蓮說。

南海屬于低緯度，“海鈴”在南海隨著地球自轉(zhuǎn)，可以監(jiān)測(cè)到更廣闊的天區(qū)，對(duì)全天的探測(cè)都保有靈敏度，掃過整個(gè)附近的宇宙。在中微子研究有進(jìn)展之后，“海鈴”還能進(jìn)一步對(duì)地球內(nèi)部進(jìn)行斷層掃描，了解其中奧秘。

調(diào)動(dòng)了大量有關(guān)海底、海水的研究數(shù)據(jù)后，科研團(tuán)隊(duì)選定了南海這片“海水像藍(lán)墨水，泥層像面膜一樣細(xì)膩”的區(qū)域。

通過此次去往南海海試，團(tuán)隊(duì)也基本確定，南海適合作為望遠(yuǎn)鏡“底座”。“太幸運(yùn)了，在我們國(guó)內(nèi)，可以找到這么一個(gè)可以建設(shè)裝置的地方。水深足夠，海水平靜又干凈，海床平整，這些條件缺一個(gè)都很難辦?！毙鞏|蓮介紹。

團(tuán)隊(duì)在南海海試，圖為“落底系統(tǒng)”。  

團(tuán)隊(duì)在南海海試，圖為“四季潛標(biāo)”。

近日，“海鈴計(jì)劃”探路者項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)完成各項(xiàng)預(yù)定海試任務(wù)并安全抵滬，為“海鈴計(jì)劃”的后續(xù)推進(jìn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

本航次由徐東蓮擔(dān)任首席科學(xué)家，海洋工程學(xué)者田新亮擔(dān)任領(lǐng)隊(duì)，共有來自上海交通大學(xué)、北京大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、自然資源部第二海洋研究所等機(jī)構(gòu)的三十余位科研人員與技術(shù)人員共同參與。

極小粒子包含極大奧秘，中微子天文學(xué)方興未艾

“海鈴計(jì)劃”為何要觀測(cè)中微子？

上海交大介紹，中微子是構(gòu)成宇宙的基本單元之一，也是宇宙中數(shù)量最多的粒子。它不帶電且與物質(zhì)相互作用極弱，如幽靈一般，極難被捕捉。

學(xué)界普遍認(rèn)為，因?yàn)橛钪嫔渚€在星際傳播受磁場(chǎng)作用發(fā)生方向偏轉(zhuǎn)，其源頭至今仍是個(gè)謎。而由宇宙射線反應(yīng)而產(chǎn)生的中微子一旦被探測(cè)到，就能追根溯源，因此可通過探測(cè)高能天體中微子源，來一錘定音地解答宇宙射線起源的百年謎題。

通過建造不同的探測(cè)器來研究中微子的振蕩行為（在時(shí)空傳播過程中可相互轉(zhuǎn)換，在時(shí)空轉(zhuǎn)變的剎那轉(zhuǎn)換模樣），人類得以部分窺見宇宙物質(zhì)形成的基本規(guī)律，但中微子本身仍有許多未解之謎，對(duì)中微子更深入的探究，或再次顛覆我們對(duì)基本物理規(guī)律的認(rèn)知。

上海交大表示，目前世界上最大的中微子望遠(yuǎn)鏡冰立方（IceCube）就選擇將探測(cè)器陣列建在2500米深的南極冰層中。2013年，冰立方首次探測(cè)到一個(gè)來自地外的彌散高能中微子流，叩開了高能中微子天文學(xué)的大門。然而，這個(gè)中微子流既沒有集聚跡象，也沒明確地指回任何已知的天體源，這說明地球附近的宇宙中并不存在強(qiáng)烈輻射高能中微子的天體源。若要有效地尋找高能中微子的天體源，仍需提升下一代中微子望遠(yuǎn)鏡的探測(cè)靈敏度。

當(dāng)下，歐美和中國(guó)都在積極地籌建性能大大優(yōu)化的二代中微子望遠(yuǎn)鏡，預(yù)期在2030年前后建成，屆時(shí)中微子天文學(xué)領(lǐng)域或?qū)?shí)現(xiàn)重大突破。