1立方公里冰層捕獲幽靈粒子：IceCube升級開啟宇宙觀測新

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想象一下，在南極2.5公里厚的冰層之下，一個邊長一公里的巨型立方體正在凝視宇宙。它不捕捉星光，而是搜尋比光子更 elusive 的"幽靈"——中微子。2026年初，這個名為IceCube的觀測站剛剛完成關鍵升級。科學家們在冰層中植入了650只嶄新的"眼睛"，還首次戴上了能看穿紫外線的特殊"眼鏡"。

中微子是宇宙中最難捉摸的基本粒子。它幾乎不與物質相互作用，每秒有數萬億個穿過你的身體，你卻毫無知覺。要捕捉這種"幽靈粒子"，物理學家需要極其巨大的探測體積。

IceCube選擇南極冰層作為天然介質。科學家在冰層中埋設了86串傳感器，構成一個體積達1立方公里的三維網格。5000多個數字光學模塊分布在冰層中，靜靜等待中微子與冰分子相撞時產生的微弱藍光。

自2010年運行以來，它已經多次捕捉到來自遙遠星系的高能中微子。2017年，IceCube首次將這種粒子追溯到遙遠星系中心的超大質量黑洞。這次升級將幫助我們捕獲更多此類信號。

這次升級新增了6串傳感器，帶來650多個現代光電探測器。更重要的是，團隊首次部署了9個波長轉換光學模塊（WOMs）。

這些模塊涂有特殊材料，能將紫外光轉換為可見光。中微子與冰相互作用時產生的切倫科夫光富含紫外成分，但傳統傳感器對此不敏感。過去，這部分光信號直接流失在冰層中。

WOMs就像給望遠鏡配上了紫外線眼鏡，大幅提升了光收集效率。美因茨大學團隊主導了這項創新。博士生Lea Schlickmann親自前往南極，完成了這些模塊的最終測試和安裝。

新傳感器的部署密度更高，這讓IceCube能探測到此前無法觸及的低能中微子。超新星爆發產生的中微子能量較低，但攜帶恒星死亡的關鍵信息。

這種數據再利用極大提升了實驗的性價比。科學家無需等待新粒子到來，就能從舊數據中發現新物理。

在全球中微子研究版圖中，中國并非旁觀者。我們的大亞灣實驗曾精確測量中微子混合角θ13，該成果發表于《科學》雜志。目前，江門中微子實驗（JUNO）正在建設，它將是全球能量精度最高的反應堆中微子實驗。

在宇宙線領域，位于四川稻城的高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）已多次探測到超高能伽馬射線。西藏ASγ實驗也在同步觀測宇宙線。

雖然IceCube位于南極，但中國高校通過國際合作參與了相關分析工作。我們在極端天體物理觀測領域的布局正日趨完善。從地下700米的江門到海拔4400米的稻城，中國正構建多層次的中微子探測網絡。

IceCube的升級提醒我們，基礎科學仍在不斷進化。通過改進探測器技術，我們不僅能看到新的物理現象，還能從舊數據中發現新線索。當WOMs首次在南極冰層中捕捉到紫外光子，人類對宇宙的理解又向前邁進了一步。