每隔幾秒鐘，在可觀測(cè)宇宙的某個(gè)地方，就有一個(gè)大質(zhì)量恒星坍縮并以超新星爆炸形式釋放。物理學(xué)家稱，日本的超級(jí)神岡探測(cè)器現(xiàn)在可能正從這些“大災(zāi)難”中收集穩(wěn)定的微中子，相當(dāng)于每年探測(cè)到幾次這樣的事件。

　　這些微小的亞原子粒子對(duì)了解超新星內(nèi)部發(fā)生的事情至關(guān)重要。因?yàn)樗鼈儚暮阈翘s的核心飛出、穿過(guò)太空，所以可以提供關(guān)于極端條件下任何潛在新物理現(xiàn)象的信息。

　　近日在意大利米蘭舉行的“中微子2024”大會(huì)上，日本東京大學(xué)物理學(xué)家原田正之透露，他們似乎從超級(jí)神岡探測(cè)器每天收集的粒子噪聲中，識(shí)別出超新星中微子的第一個(gè)線索。

　　這些噪聲來(lái)源包括撞擊大氣層的宇宙射線和來(lái)自太陽(yáng)核心的核聚變。東京大學(xué)物理學(xué)家兼超級(jí)神岡探測(cè)器發(fā)言人中畑雅行表示，這一發(fā)現(xiàn)“表明我們開始觀察到了某些信號(hào)”。但他警告，目前在956天的觀測(cè)中所收集到的支持性數(shù)據(jù)依然非常有限。

　　中微子極難捕捉。大多數(shù)中微子如同光穿過(guò)玻璃般穿過(guò)地球，超級(jí)神岡探測(cè)器只能捕捉到極少部分穿過(guò)它的中微子。

　　盡管如此，該探測(cè)器仍有很大的機(jī)會(huì)從超新星中捕捉到中微子，因?yàn)橛钪鎽?yīng)該充滿了這些粒子。恒星坍縮時(shí)釋放出的中微子數(shù)量是巨大的——估計(jì)約有1058個(gè)，產(chǎn)生了天體物理學(xué)家所說(shuō)的彌散超新星中微子背景。

　　但到目前為止，還沒(méi)有人探測(cè)到這種背景。中微子只有一次被確切地追溯至一顆坍縮的恒星。那是1987年，中畑雅行則是使用神岡-II探測(cè)器（超級(jí)神岡探測(cè)器的前身）發(fā)現(xiàn)這些粒子的研究人員之一。

　　這一發(fā)現(xiàn)之所以成功，是因?yàn)檫@顆超新星發(fā)生在大麥哲倫星云，這是一個(gè)矮星系，距離地球足夠近，爆炸恒星的中微子可以大量到達(dá)地球。

　　2018年至2020年，位于日本飛驒市近郊地下的超級(jí)神岡探測(cè)器進(jìn)行了一次簡(jiǎn)單但重要的升級(jí)，旨在提高其區(qū)分超新星中微子和其他粒子的能力。該探測(cè)器的容器中盛有5萬(wàn)噸超純水。

　　當(dāng)中微子，或者更準(zhǔn)確地說(shuō)是它的反粒子——反中微子與水中的質(zhì)子碰撞時(shí)，該質(zhì)子可以轉(zhuǎn)化為一對(duì)其他粒子，即一個(gè)中子和一個(gè)反電子。反電子在水中高速傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生閃光，這些光被排列在水箱墻壁上的傳感器捕獲。不過(guò)，這種閃光可能與許多其他來(lái)源的中微子或反中微子產(chǎn)生的閃光難以區(qū)分。

　　在升級(jí)過(guò)程中，科學(xué)家向探測(cè)器的水中添加了一種釓基鹽。這使得反中微子撞擊水時(shí)產(chǎn)生的中子被釓原子核捕獲，從而釋放出第二次能量閃光。尋找超新星中微子的物理學(xué)家尋找兩次閃光的快速序列，一個(gè)是由反電子產(chǎn)生的，另一個(gè)是由中子被捕獲產(chǎn)生的。

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　　中畑雅行表示，真正的超新星信號(hào)仍然需要幾年時(shí)間才能清晰地出現(xiàn)，因?yàn)殡p閃信號(hào)可能來(lái)自其他中微子源。但當(dāng)超級(jí)神岡探測(cè)器于2029年關(guān)閉時(shí)，應(yīng)該已經(jīng)收集了足夠的數(shù)據(jù)作出可靠的判定。

　　原田正之說(shuō)：“測(cè)量超新星中微子能量全譜可以提供線索，說(shuō)明在宇宙歷史的不同時(shí)期有多少超新星爆炸。此外，它還可以揭示有多少恒星坍塌形成黑洞?！?

　　美國(guó)佐治亞理工學(xué)院物理學(xué)家、南極冰立方中微子天文臺(tái)發(fā)言人Ignacio Taboada表示，來(lái)自超級(jí)神岡探測(cè)器的數(shù)據(jù)仍然太弱，無(wú)法宣稱有所發(fā)現(xiàn)，但探測(cè)彌散中微子的前景“極其令人興奮”?！爸形⒆訉橛钪嬷泻阈切纬蓺v史提供一種獨(dú)立的測(cè)量方法?！?