基本介紹
- 中文名：冰立方中微子天文台
- 外文名：IceCube Neutrino Observatory
- 簡稱：冰立方
- 資助機構：美國國家自然科學基金會
項目背景,建立過程,探測原理,主要作用,高效識別,
項目背景
2010年10月中旬，在布魯塞爾召開的一次會議上，科學家們提出了一個構想，即建立一個覆蓋數百英里的探測設備陣列，在冰下普遍放置無線電波探測器，然後研究人員則通過監聽無線電波的變化來判斷中微子撞擊事件的發生。高度敏感的麥克風也可以被用來監聽冰層中撞擊事件產生的獨特聲響。
此項大型國際合作項目由美國威斯康星大學麥迪遜分校領導，目前（2010年10月）參與研究的科學家們正在想辦法擴大實驗的規模。
千米級中微子天文台冰立方示意圖
千米級中微子天文台冰立方示意圖建立過程
2010年10月，據國外媒體報導，科學家們正在努力在南極建設一個被稱為“冰立方”（ICECUBE）的中微子天文台，以揭示出來自外太空並不斷轟擊地球的宇宙射線及粒子的“來源”，解開 科學家們研究了十多年的“宇宙射線來源”之謎。
儘管這台耗資2.71億美元，被科學家們稱作“冰立方”（ICECUBE）的中微子天文台尚未建成，其最後一批探測器計畫2010年12月份才會安裝到位，但是對其探測數據的分析已經迫不及待地開始了。
南極是進行此項研究的最佳場所，因為這裡的冰雪異常純淨，幾乎完全不含氣泡和其他可能影響探測結果精確性的干擾。這是上覆巨厚冰雪層壓力的結果，由於設施位於地下1.2英里（1900米）處，上面覆蓋的冰雪層很厚。
到最終建成時，科學家們計畫在這裡安裝超過5000台光學探測設備，覆蓋大約1立方公里的冰雪層。
南極建造“冰立方”
南極建造“冰立方”探測原理
宇宙射線是一種以接近光速運行的高能量粒子流，它們進入地球大氣層後與空氣中的原子發生碰撞，產生電荷進而引發閃電及雷暴現象。宇宙射線中的高能粒子轟擊其他物質的原子時，將會產生輻射和中微子，而中微子是宇宙中除光子之外最多的粒子。但它們不帶電荷且幾乎沒有質量，以致於它們可以穿過岩石、金屬，甚至人體，因此很難探測到中微子。在極少情況下，中微子會撞到原子，然後產生一種被稱為μ子的粒子以及一種藍光閃爍，“冰立方”中微子天文台的探測器就可以捕獲這閃爍。
主要作用
“冰立方”包括了數千台深埋於地下的探測器，當這些能夠自由穿越於星系之中、且能量很高的宇宙射線及粒子與南極冰雪中的原子發生碰撞時，將會產生稍縱即逝的藍光閃爍，此時極度敏感的探測器便可記錄下這些閃光。然後探測器會通過對撞擊而生的關於閃光特徵的記錄，鎖定這些閃光的運行路徑，從而幫助科學家揭示出它們來自銀河系中的具體方位。
科學家們現在希望當這台設備最終建成之後將幫助他們確定到底是何種機制生成了這些自由穿越於星系之中的高能宇宙射線以及中微子。
此外，科學家預料這種和中微子的碰撞事件發生機率極低，可能每年只會出現幾次，但是自從2006年第一台探測器被埋入地下以來，他們已經探測到了若干次這樣的撞擊事件
高效識別
在冰立方（南極冰立方中微子天文台）工作的物理學家正在努力理解高能宇宙射線——從宇宙中飛來並轟擊地球的帶電粒子起源，他們認為，這或許與上述中微子的起源有關。“基本上，任何你能想到可以產生宇宙射線的物體，都能同時產生中微子。” Whitehorn說，與宇宙射線轟擊大氣層時局部產生的中微子不同，天體物理學的中微子或許是和宇宙射線同時、由同一物體所產生的。 冰立方中微子天文台利用一張特製的“網”來捕捉著名的中微子—— 一種很少與物體原子相互作用的輕量級基本粒子——的滑行過程。冰立方由5000多個埋在南極冰下2公里的光線感測器組成，其所涉及的南極冰體足以填滿幾十萬個奧林匹克游泳池。在這么大的體積中，來自宇宙的中微子穿過太空、穿過人體甚至是岩石，偶爾會撞上冰中的原子，從而發出微弱的閃光。而這種閃光的特性，例如光的式樣（存在斑點還是存在條紋）、粒子運動的方向（是從天空中向下運動，還是向上穿過地球）等，都能夠揭示中微子的三個基本屬性及其來源。中微子研究有一個關鍵優勢——其他帶電宇宙射線運動的軌跡因受到磁場的影響，都是彎曲纏繞的，而中微子則可不受這些因素影響，其運動軌跡為直線，也就是說，沿著其運動軌跡回溯，即可找到它們的來源。 根據已知的理論，在過去的兩年中，研究者們已經識別了能量從數十兆到數百兆電子伏不等的10.6種粒子。而4月宣布發現的28種新粒子，包括兩種非常高能的粒子，意味著科學家發現了中微子的新的來源。
