冰立方探测器捕捉到宇宙中微子。图片来源：冰立方研究团队

　　经过40年的努力，物理学家已经从来自宇宙的高能量中探测到被称为中微子的亚原子粒子。刊登在新一期《科学》杂志上的观测报告出自冰立方探测器，该探测器固定于位于南极的1立方公里的冰块中，物理学家表示，该结果标志着一个新领域的诞生。

　　“我敢打赌，从现在开始的20年里，我们将回顾并说，‘是啊，这是中微子天文学的开始’。”美国夏威夷大学的John Learned说，他在1973年提议在海洋中建造一台类似的探测器。

　　但是，在天文学家描绘出一幅中微子宇宙图景前还有一段时间。冰立方探测器探测到的高能中微子很少，因此可能无法找出它们在天空中的各个来源。那将需要一个更大的探测器。

　　由于核相互作用以及电荷的缺乏，中微子与其他物质的相互作用十分微弱，但是中微子无处不在。每秒钟有数万亿个来自太阳的中微子穿过人体。大量其他中微子从大气层落下，这些中微子来源于飞向地球的宇宙射线，即来自太空的带电粒子。

　　高能中微子还来源于超新星爆炸和其他宇宙“烟火”。而且，与盘旋在宇宙磁场中的带电粒子不同，宇宙中微子可能直接指向自己的来源，这也可能是最高能宇宙射线的源泉。

　　为了找到宇宙中微子，冰立方探测器研究团队——来自12个国家的276位成员，将部分极地冰转入一个粒子探测器。他们从冰上融出许多洞，并放入86行光探测器，每个的深度约为1450~2450米。撞击冰的一个中微子能触发带电粒子崩塌，辐射出光线。光线量能揭示出中微子的能量；探测器被激发的模式和顺序则揭示出它们的方向。

　　从2010年5月到2012年5月，冰立方探测器研究团队发现了28个能量超过30万亿电子伏（TeV）的中微子，其中两个甚至超过1000TeV。这一能量要高于大多数大气层中微子的能量。研究人员估计，它们中仅有11个可能是由大气层中微子和普通宇宙射线伪造的背景事件。“这是一个伟大的成就。”未参与该研究的美国芝加哥大学物理学家Angela Olinto说。

　　来自太阳系以外的中微子之前曾捕捉到一次。1987年，全世界的探测器发现了一个附近超新星发射出的低能量中微子脉冲。但是冰立方探测器发现了来自遥远宇宙的高能量中微子。

　　然而冰立方探测器的结论有违预期。在冰立方探测器中，一个中微子能产生两类粒子喷雾。每三个之中大约有一个可能包含一种名为μ介子的粒子。其他的则包含一连串快速消失的粒子，难以非常精确地追踪中微子。研究人员原计划将注意力集中在μ介子事件上，但是只有当他们关注后者时，才发现了宇宙信号。

　　事实上，冰立方探测器可能只发现了一对真正的μ介子事件，Learned说：“该死的高能μ介子在哪里？”μ介子的缺乏使得定位来源变得更加困难，Olinto提到：“寻找来源工作有点令人失望，它并不是想象中的样子。”而绘制天空地图可能需要1000个事件。

　　但是，美国威斯康星大学理论物理学家Francis Halzen提出，该事件的发生率很低，因为研究人员采用谨慎的标准加倍确定他们看到的是宇宙中微子。他说自己很乐观，μ介子技术将很快揭示出来源。

　　除此之外，物理学家目前已经看到了一些东西，他们赞成扩大范围，Halzen说：“从现在开始的5年里，我们和探测器将会取得哪些成功？那个问题我们可能永远无法回答，我们希望能有一台更大的探测器。”他还提到，冰立方探测器研究团队将建议至少把阵列的容积扩大三倍，这将花费美国国家科学基金会2.72亿美元。而欧洲物理学家希望在地中海建造一个探测器网络，其容积是冰立方探测器的5倍。

　　但是，以色列魏茨曼科学研究所理论物理学家Eli Waxman指出，一台更大的探测器并不够。他提到，冰立方探测器的观察率与他的预言，即宇宙中微子来自遥远星系中的无数来源相匹配。而要找到这些来源，研究人员可能还需要许多年。