◎本報(bào)記者 符曉波

中微子是宇宙中最神秘、最難以探測(cè)的基本粒子之一，其相關(guān)研究不僅對(duì)揭示天體演化和宇宙線起源具有關(guān)鍵作用，還可能帶來(lái)顛覆性技術(shù)突破。

3月28日至29日，香山科學(xué)會(huì)議第779次學(xué)術(shù)研討會(huì)在福建省廈門市舉行。本次研討會(huì)將“宇宙信使”中微子前沿議題與深海探測(cè)研究并置，邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)物理學(xué)、天文學(xué)、海洋科學(xué)領(lǐng)域?qū)＜遥椭形⒆犹綔y(cè)及相關(guān)大科學(xué)裝置的科學(xué)價(jià)值和跨學(xué)科協(xié)作潛力展開深入探討。

探測(cè)通天入地的“信使”

“高能中微子是超越銀河系尺度的唯一高能‘信使’，中微子天文學(xué)經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，已到該領(lǐng)域‘從0到1’突破的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。過(guò)去10余個(gè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，特別是我國(guó)的高海拔宇宙線觀測(cè)站（拉索）實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)銀河系內(nèi)存在大量高能宇宙線候選天體，已對(duì)下一代中微子天文望遠(yuǎn)鏡的探測(cè)靈敏度提出了準(zhǔn)確的需求。”中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員曹臻表示，中微子天文學(xué)是有望實(shí)現(xiàn)人類重大科學(xué)突破的領(lǐng)域，也應(yīng)成為我國(guó)科學(xué)家搶占國(guó)際科技制高點(diǎn)、引領(lǐng)學(xué)科發(fā)展的重要方向。

中微子是構(gòu)成物質(zhì)世界最小單元之一，幾乎沒(méi)有質(zhì)量、沒(méi)有電荷，與物質(zhì)相互作用很弱，因此可以不受任何阻擋穿越宇宙。探測(cè)中微子，可以解開宇宙起源、天體演化等諸多謎題。

華東理工大學(xué)物理學(xué)院教授廖瑋認(rèn)為，科學(xué)新方向多由新工具和新實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)，超越1立方公里體積的大型中微子探測(cè)器可看作是宇宙學(xué)探針，將為探索宇宙演化和宇宙中的物質(zhì)組成提供實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

目前，國(guó)內(nèi)外正在研發(fā)新一代中微子天文望遠(yuǎn)鏡，力求突破現(xiàn)有裝置的靈敏度瓶頸。有研究表明，在深水下或冰層中部署大規(guī)模立體探測(cè)器，能有效探測(cè)高能天體中微子信號(hào)。目前國(guó)際上最知名的中微子望遠(yuǎn)鏡——冰立方，就選擇將探測(cè)器陣列建在1450米深的南極冰層之下。

與會(huì)專家介紹，高能中微子的探測(cè)不僅需要立方公里級(jí)介質(zhì)，還需布置在約3000米水下，覆蓋海域達(dá)100平方公里。因此，南海海域是我國(guó)建設(shè)中微子天文裝置的唯一可選區(qū)域。

會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員陳明君介紹，由該所、中國(guó)海洋大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所等單位科研人員聯(lián)合開展的預(yù)先研究，依托南海海底科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)，已在南海開展光敏探頭、投放及海底布設(shè)等驗(yàn)證工作，預(yù)計(jì)明年完成預(yù)研工作；上海交通大學(xué)李政道研究所團(tuán)隊(duì)也獨(dú)立開展了相關(guān)的預(yù)先研究，徐東蓮副教授報(bào)告了研究的進(jìn)展。

裝置共享推動(dòng)學(xué)科互促共榮

談及中微子天文裝置，參與研討的海洋學(xué)科專家認(rèn)為，這一布設(shè)于深海的大科學(xué)裝置，同樣有望成為撬動(dòng)海洋科學(xué)新發(fā)展的“支點(diǎn)”，為海洋研究提供前所未有的精密平臺(tái)。

廈門大學(xué)海洋與地球?qū)W院教授劉志宇認(rèn)為，深海探測(cè)是當(dāng)前海洋科學(xué)的前沿領(lǐng)域，中微子探測(cè)裝置所需的水文環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備在滿足中微子探測(cè)需求同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋要素的超高時(shí)空分辨率觀測(cè)，具有革新海洋科學(xué)前沿研究的巨大潛力。

多位與會(huì)專家指出，一方面，中微子探測(cè)所需的深海光學(xué)傳感、能源供給等技術(shù)與深海觀測(cè)應(yīng)用的技術(shù)存在高度共性；另一方面，海洋動(dòng)力學(xué)研究中渦流、湍流等要素又是影響中微子探測(cè)精度的關(guān)鍵因素，這也對(duì)探測(cè)裝置的設(shè)計(jì)與運(yùn)維提出挑戰(zhàn)。

“中微子探測(cè)要求水質(zhì)穩(wěn)定，沒(méi)有水體生物地球化學(xué)過(guò)程干擾，但現(xiàn)實(shí)中的海洋環(huán)境往往難以撇開這些干擾過(guò)程，中微子探測(cè)的背景噪聲恰恰是研究海洋生地化過(guò)程的豐富數(shù)據(jù)。”自然資源部第二海洋研究所研究員陳建芳表示，未來(lái)，深海中微子觀測(cè)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)兼具宇宙極端事件探測(cè)與海洋環(huán)境生化過(guò)程監(jiān)測(cè)雙功能，實(shí)現(xiàn)“一裝置、多產(chǎn)出”，推動(dòng)跨學(xué)科合作和資源共享范式創(chuàng)新。

中國(guó)海洋大學(xué)教授田紀(jì)偉介紹，不久前，我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在南海順利完成深海中微子與動(dòng)力過(guò)程協(xié)同觀測(cè)潛標(biāo)首次布放，并成功接入國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施南海海底科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)開始實(shí)時(shí)運(yùn)行?！昂Ｑ罂茖W(xué)與理論物理具有相近的研究范式，兩者交叉融合必將迎來(lái)新的研究空間?！彼f(shuō)。

責(zé)編：王銘俊

一審：王銘俊

二審：劉文韜

三審：楊又華

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)