用整個南極洲當探測器：科學家放飛氣球捕捉宇宙極端信使

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它們每秒穿過你的身體，卻幾乎不留下任何痕跡。這些被稱為"幽靈粒子"的中微子，攜帶著宇宙最極端環境的秘密。2025年12月20日，一個重達數噸的精密儀器乘著NASA巨型氣球升入南極上空。它在12萬英尺的高度盤旋23天，將整個南極冰原當作接收天線，搜尋一種人類從未捕獲過的宇宙信使——能量遠超歐洲大型強子對撞機所能產生的超高能中微子。

中微子與物質的相互作用極其微弱。每一秒，數以萬億計的中微子穿透你的身體，而你毫無察覺。科學家早已習慣在水下建造巨大水箱（如日本的超級神岡探測器）或在南極冰層深處嵌入傳感器（如冰立方探測器）來捕捉它們的蹤跡。

PUEO任務采用了截然不同的思路。芝加哥大學團隊利用了一個基本物理特性：純凈的冰對無線電波異常透明。當能量極高的中微子撞擊冰層中的原子，碰撞會產生級聯效應，并釋放出微弱的射電脈沖。這些信號能夠穿透數公里厚的冰層，直達高空。

團隊在南極洲上空部署了一個由96個超靈敏射電天線組成的同心圓陣列。這個裝置懸浮在3.6萬米高空，單次掃描可覆蓋近60萬平方公里的冰面。換句話說，整個南極大陸成為了一塊巨大的探測介質。這種"大氣層邊緣+冰層"的混合探測模式，讓PUEO能夠捕捉到能量超過10的18次方電子伏特的粒子——這比人工加速器產生的粒子能量高出數百萬倍。

PUEO并非首個嘗試此類觀測的設備。它的前身ANITA（南極脈沖瞬態天線實驗）由夏威夷大學主導，此前已進行多次飛行。但PUEO代表了技術的代際躍升。

關鍵突破在于實時信號處理系統。PUEO的"大腦"能夠在飛行中即時合成多個天線的信號，從背景噪聲中提取出極其微弱的潛在中微子信號。這得益于過去五年電子學技術的進步，以及全球六個美國本土機構、歐洲和亞洲實驗室的協同攻關。

與ANITA相比，PUEO的靈敏度顯著提升。它不僅能探測更高能級的粒子，還能識別更微弱的射電印記。任務負責人、芝加哥大學阿比蓋爾·維埃雷格教授指出，即使最終未能發現目標粒子，這些數據也將揭示宇宙高能區域的工作機制——特別是黑洞吸積盤或中子星碰撞產生宇宙線的物理過程。

將如此精密的儀器送上氣球本身就是一場與風險的博弈。南極的極渦風帶提供了氣球環球飛行的理想條件，但發射窗口極其苛刻。氣象學家需要確保從地面到近太空的大氣層保持穩定，因為700英尺長的氣球-載荷組合體無法承受強烈的風切變。

2025年12月20日凌晨6點，代號為"The Boss"的發射車將PUEO運抵發射場。氣球升空后，地面團隊遠程指令展開太陽能電池板。然而挑戰接踵而至：載荷旋轉速度低于預期，導致一側持續面向太陽，溫度急劇上升。科學家不得不輪班監控，防止電子設備過熱損壞。

23天后，團隊指令切斷連接線。降落傘展開，PUEO在距南極點約200英里的冰原上著陸。回收小組取回了裝有50至60TB數據的"黑匣子"。這些數據量如此龐大，科學家預計僅初步處理就需要一個月時間。 首批結果預計一年后公布。

當PUEO在南極搜尋超高能中微子時，中國在該領域也構建了獨特的探測網絡。大亞灣中微子實驗于2012年首次精確測量了中微子混合角θ13，該裝置現已退役。接棒的江門中微子實驗（JUNO）位于廣東開平，距陽江和臺山核電站53公里。這個裝有2萬噸液體閃爍體的地下球體預計2025年開始運行，核心任務是確定中微子的質量順序。

在高能宇宙線領域，位于四川稻城海拔4410米的高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）自2021年運行以來，已多次發現PeV（拍電子伏特）級別的伽馬射線源，證明銀河系內存在超高能粒子加速器。西藏羊八井的ARGO-YBJ實驗和阿里計劃也構成了覆蓋不同能區的觀測體系。

與PUEO的射電探測+氣球平臺路線不同，中國目前主要依托地面大規模陣列和液體閃爍體探測器。這種技術路徑差異反映了不同的科學目標：PUEO專注極端高能中微子，而JUNO和LHAASO側重質量本征態和宇宙線加速機制。中國南極科考站（長城、中山、昆侖、泰山、秦嶺）已具備開展類似氣球任務的物流能力，但尚未部署同類型高能中微子探測項目。未來，結合中國日益成熟的浮空器技術與南極科考基礎設施，或許將出現具有中國特色的"冰-空協同"探測方案。

數據分析工作已在芝加哥展開。那50TB數據磁盤中，或許就藏著來自遙遠星系中心的、能量空前的粒子信號。而無論結果如何，人類對宇宙極端邊緣的認知邊界，已經因這23天的南極飛行而再次拓展。