由我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)搭建、坐標(biāo)南海逾三千米海底的“深海中微子望遠(yuǎn)鏡”建設(shè)，迎來新進(jìn)展。

據(jù)上海交通大學(xué)李政道研究所1月30日消息，在國(guó)家各部委、上海市科委、海南省政府及上海交通大學(xué)的大力支持下，李政道研究所“海鈴計(jì)劃”團(tuán)隊(duì)在2024年持續(xù)緊鑼密鼓地推進(jìn)探測(cè)器核心部件的研發(fā)工作，并成功實(shí)施了新型探測(cè)球艙（hDOM）、粒子鑒別、實(shí)時(shí)海水光學(xué)性質(zhì)刻度、聲學(xué)定位等階段性技術(shù)攻堅(jiān)的深海驗(yàn)證，為建設(shè)國(guó)際領(lǐng)先的深海中微子望遠(yuǎn)鏡奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

hDOM渲染示意圖。本文圖片來源均為“李政道研究所”官方微信

樣機(jī)實(shí)物

2024年12月初，團(tuán)隊(duì)搭載“海洋地質(zhì)四號(hào)”在位于西沙海域的“海鈴盆地 (Hai-Ling Basin)” 3500米深處成功布放了一串中微子探測(cè)樣機(jī)，將對(duì)核心探測(cè)單元hDOM的機(jī)械結(jié)構(gòu)、前端讀出電子學(xué)、集成方案等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行階段性驗(yàn)證。該樣機(jī)將進(jìn)行長(zhǎng)期的自動(dòng)化運(yùn)行，期間將對(duì)海水放射性同位素信號(hào)、大氣繆子切倫科夫光信號(hào)、海底發(fā)光生物信號(hào)、海底聲學(xué)噪聲信號(hào)以及海水光學(xué)性質(zhì)變化等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，同步完成對(duì)中微子望遠(yuǎn)鏡串列關(guān)鍵技術(shù)的長(zhǎng)時(shí)標(biāo)驗(yàn)證。此次海試數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)將為“海鈴一期”望遠(yuǎn)鏡的建設(shè)提供重要的技術(shù)輸入。

2024年12月1日，中微子探測(cè)樣機(jī)甲板工作現(xiàn)場(chǎng)及海上布放實(shí)況

2024年12月1日，中微子探測(cè)樣機(jī)甲板工作現(xiàn)場(chǎng)及海上布放實(shí)況

此外，據(jù)李政道研究所介紹，由海鈴團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)提出的混合型光電探測(cè)球艙hDOM，在2024年6月于意大利米蘭舉行的第31屆國(guó)際中微子物理與天體物理大會(huì)（Neutrino 2024）上，得到國(guó)際同行廣泛關(guān)注：Ettore Segreto教授在題為“Novel concepts of light sensors and light detection techniques for neutrino physics（譯：用于中微子物理的新型光傳感器和光探測(cè)技術(shù)概念）”的大會(huì)報(bào)告中，總結(jié)了當(dāng)前中微子物理領(lǐng)域中的前沿探測(cè)技術(shù)，指出了hDOM在新一代中微子望遠(yuǎn)鏡中的探測(cè)潛力。

為了探索在深海中利用切倫科夫光探測(cè)之外的技術(shù)開展粒子鑒別，并為海鈴觸發(fā)策略和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于塑料閃爍體的繆子探測(cè)球艙?？娮忧蚺摵Ｔ囆》株?duì)搭載“海洋地質(zhì)四號(hào)”先后于2024年11月初和12月初進(jìn)行了兩次深海布放，首次在“海鈴盆地 (Hai-Ling Basin)”探測(cè)到大氣繆子信號(hào)，并測(cè)出了大氣繆子流強(qiáng)隨海水深度的變化關(guān)系（如下圖）。目前，相關(guān)技術(shù)成果已完成投稿。

2024年11月，繆子球海上試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果

繆子球艙在實(shí)驗(yàn)室的組裝

2024年11月3日，繆子球海上試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

同期，團(tuán)隊(duì)在“海鈴盆地（Hai-Ling Basin）”布放了一套環(huán)境潛標(biāo)，開展為期1年的深海近底層海洋環(huán)境觀測(cè)。該潛標(biāo)搭載了多種先進(jìn)海洋監(jiān)測(cè)設(shè)備，能夠長(zhǎng)時(shí)間獲取原位和定點(diǎn)的深海溫鹽、海流等關(guān)鍵環(huán)境數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅可為海鈴數(shù)據(jù)分析提供重要的環(huán)境背景支持，保證中微子探測(cè)效率，還將為海鈴?fù)h(yuǎn)鏡串列的海水動(dòng)力學(xué)計(jì)算提供重要輸入，保障建成后望遠(yuǎn)鏡陣列在動(dòng)態(tài)環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

據(jù)澎湃新聞此前報(bào)道，“海鈴計(jì)劃” （英文：TRopIcal DEep-sea Neutrino Telescope，TRIDENT）由上海交通大學(xué)李政道研究所發(fā)起并牽頭，旨在探索建設(shè)中國(guó)首個(gè)深海中微子望遠(yuǎn)鏡，項(xiàng)目由中國(guó)科學(xué)院院士景益鵬擔(dān)任項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、李政道學(xué)者徐東蓮擔(dān)任首席科學(xué)家。項(xiàng)目將通過捕捉高能（亞TeV到PeV量級(jí)）天體中微子來探索極端宇宙，為我國(guó)填補(bǔ)該領(lǐng)域的空白，加速構(gòu)建我國(guó)完備的多信使天文網(wǎng)。

由自然資源部第二海洋研究所研發(fā)的環(huán)境潛標(biāo)正在“海洋地質(zhì)四號(hào)”船后甲板完成布放

“海鈴計(jì)劃”2024海試小分隊(duì)合影

2021年9月初，由上海交通大學(xué)牽頭的“海鈴探路者”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)完成首次海試任務(wù)，2022年底“海鈴一期”項(xiàng)目啟動(dòng)，彼時(shí)預(yù)計(jì)2026年將其建設(shè)成為世界首個(gè)近赤道的小型中微子望遠(yuǎn)鏡，開展對(duì)銀河系內(nèi)外的天體源搜索，并完成建設(shè)大陣列的全鏈技術(shù)驗(yàn)證；預(yù)期在2030年前后，“海鈴計(jì)劃”將建成國(guó)際上最先進(jìn)的中微子望遠(yuǎn)鏡。

“海鈴計(jì)劃”的終極大陣列將包括約1200根望遠(yuǎn)鏡串列，像海藻一樣垂直錨定于海床上。海鈴陣列直徑約4公里，總占地面積約為12平方公里，可監(jiān)測(cè)高能中微子反應(yīng)的海水體積約7.5立方公里，設(shè)計(jì)壽命為20年。

“海鈴計(jì)劃”構(gòu)想圖。陣列成潘路斯（Penrose）密鋪幾何，約有1200條垂直線纜，每條線纜上約有20個(gè)光學(xué)模塊，線纜位于海洋下方約3500米深處，監(jiān)測(cè)體積為 (4 x 4 x 0.5) 立方公里。 

李政道研究所介紹，海鈴團(tuán)隊(duì)2024年海上試驗(yàn)的成功實(shí)施，為海鈴計(jì)劃一期項(xiàng)目的順利推進(jìn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也為我國(guó)深海中微子探測(cè)技術(shù)的發(fā)展注入了新的動(dòng)力。未來，海鈴團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)深化技術(shù)研發(fā)和海上試驗(yàn)，穩(wěn)步邁向建設(shè)世界領(lǐng)先的深海中微子望遠(yuǎn)鏡的目標(biāo)。