世界最大中微子探測器增設 650 個傳感器 以追蹤超新星爆炸

世界上最大的中微子探測器在科學家成功部署了六條新線後,變得更加強大。這些先進的傳感器被放置在南極冰層下約 8,000 英尺(2,400 米)的 IceCube 中微子觀測站。這個由來自 14 個國家的 58 個機構的 450 名國際科學家組成的團隊,將超過 650 個現代光電探測器和校準設備嵌入現有的 IceCube 探測器中,從而提高了其對宇宙中最難捉摸粒子中微子的靈敏度。IceCube 坐落在南極的阿蒙森-斯科特南極站,正好位於地理南極,這是一個獨特的觀測站,覆蓋了一立方公里的面積,成為地球上最大的中微子探測器。

Marion Dierickx 博士,負責 IceCube 的 NSF 計劃主任,將這次升級形容為一項重大的工程壯舉。她表示,這次升級將保障國家在中微子物理學領域的持續領導地位,為未來的宇宙發現鋪平道路。

IceCube 由 5,160 個籃球大小的光學傳感器組成,這些傳感器被稱為數字光學模塊(DOMs),沿著垂直線排列。這些傳感器能夠檢測到來自深空的高能中微子與冰中原子核相互作用時產生的切倫科夫光閃光。中微子難以檢測,並且能夠無干擾地穿透大多數物質。因此,巨大的檢測體積和超靈敏的儀器對於捕捉它們至關重要。光電傳感器放大了中微子在透明的南極冰中相互作用時產生的微弱光閃光。

根據安德烈亞斯·豪恩斯博士的說法,他是卡爾斯魯厄理工學院(KIT)粒子天體物理學研究所的 IceCube 工作組科學主任,這次升級將加深研究人員對南極冰本身的理解。豪恩斯表示,這次升級中光學傳感器的新穎之處在於,它們配備了全方位的光電子倍增器,能夠提供 360 度的冰層視角。新的光放大器被安置在 15 英寸(40 厘米)長的橄欖球形容器中,稱為多光電倍增器數字光學模塊(mDOMs),同時還配備了其他校準傳感器。

每條新模塊都被放入一個幾乎 8,000 英尺長(2,400 米深)的孔中,這些孔是利用熱水鑽探技術在冰中熔化而成,這個過程每個孔約需兩天。儀器部署後,孔道會逐漸重新結冰,從而永久性地將探測器組件嵌入到南極冰中。團隊在 2025 年 12 月至 2026 年 1 月之間進行了這次升級。新模塊的更緊密間距提高了解析度,使得對粒子的方向、能量和來源的數據提取更加精確。

這次升級也提供了測量高能宇宙射線的新可能性。豪恩斯在新聞稿中指出,這次升級將提高測量的精度。由於儀器密度的增加,實驗現在可以測量之前無法獲得的低能信號。這次升級將中微子天文學拓展到更低的能量範圍,KIT 粒子天體物理學研究所所長拉爾夫·恩格爾博士表示。這不僅為宇宙開啟了一扇新窗,還為計劃中的 IceCube-Gen2 擴展提供了一個有意義的技術和實踐測試。IceCube-Gen2 是計劃在 2032 年推出的觀測站大規模擴展,據報導將以比現有探測器高 10 倍的速率和更高 5 倍的靈敏度來探測高能宇宙中微子。


Henderson
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