每隔幾秒鐘，在宇宙的某個(gè)角落，就有一顆大質(zhì)量恒星坍縮并以超新星的形式爆發(fā)。物理學(xué)家稱，日本的超級(jí)神岡探測器現(xiàn)在可能正在從這些“大災(zāi)難”中收集穩(wěn)定的中微子，其每年可以探測到幾次這樣的事件。

　　這些微小的亞原子粒子對(duì)了解超新星內(nèi)部發(fā)生的事情至關(guān)重要。它們從恒星坍縮的核心中飛出并穿越太空，可以提供極端條件下潛在新物理現(xiàn)象的信息。

　　在近日于意大利米蘭舉行的“中微子2024”大會(huì)上，日本東京大學(xué)物理學(xué)家原田正之透露，他們似乎從超級(jí)神岡探測器每天收集的粒子噪聲中，識(shí)別出超新星中微子的第一個(gè)線索。

　　這些噪聲包括撞擊大氣層的宇宙射線和太陽核心的核聚變。東京大學(xué)物理學(xué)家兼超級(jí)神岡探測器發(fā)言人中畑雅行表示，這一發(fā)現(xiàn)“表明我們開始觀察到一個(gè)信號(hào)”。但他警告，目前在956天的觀測中收集到的支持性數(shù)據(jù)依然非常有限。

　　中微子極難捕捉。大多數(shù)中微子如同光穿過玻璃般穿過地球，而超級(jí)神岡探測器只能捕捉到極少量穿過它的中微子。

　　盡管如此，該探測器仍有很大的機(jī)會(huì)捕捉到來自超新星的中微子，因?yàn)橛钪嬷谐錆M了這樣的粒子。恒星坍縮時(shí)釋放出的中微子數(shù)量是巨大的估計(jì)約有1058個(gè)，進(jìn)而產(chǎn)生了天體物理學(xué)家所說的彌散超新星中微子背景。

　　但到目前為止，還沒有人能夠探測到這種背景。中微子只有一次被確切追溯至一顆坍縮的恒星。那是在1987年，中畑雅行則是使用神岡-II探測器（超級(jí)神岡探測器的前身）發(fā)現(xiàn)這些粒子的研究人員之一。

　　之所以獲得成功，是因?yàn)楫?dāng)時(shí)這顆超新星位于大麥哲倫星云，這是一個(gè)矮星系，距離地球足夠近，爆發(fā)恒星的中微子可以大量到達(dá)地球。

　　2018年至2020年，位于日本飛驒市近郊地下的超級(jí)神岡探測器進(jìn)行了一次簡單但重要的升級(jí)，旨在提高其區(qū)分超新星中微子和其他粒子的能力。該探測器的容器中盛有5萬噸超純水。

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　　當(dāng)中微子，更準(zhǔn)確地說是它的反粒子反中微子與水中的質(zhì)子碰撞時(shí)，后者可以轉(zhuǎn)化為一對(duì)其他粒子，即一個(gè)中子和一個(gè)反電子。而反電子在水中高速傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生閃光，這些光能夠被排列在水箱壁上的傳感器捕獲。不過，這種閃光可能很難與許多其他來源的中微子或反中微子產(chǎn)生的閃光區(qū)分開。

　　在升級(jí)過程中，科學(xué)家向探測器的水中添加了一種釓基鹽。這使得反中微子撞擊水時(shí)產(chǎn)生的中子能夠被釓原子核捕獲，從而釋放出第二次能量閃光。尋找超新星中微子的物理學(xué)家于是便可以尋找兩次閃光的快速序列，一個(gè)是由反電子產(chǎn)生的，另一個(gè)是由被捕獲的中子產(chǎn)生的。

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　　中畑雅行表示，真正的超新星信號(hào)仍然需要幾年時(shí)間才能清晰地出現(xiàn)，因?yàn)殡p閃信號(hào)可能來自其他中微子源，包括撞擊大氣層的宇宙射線產(chǎn)生的中微子。當(dāng)超級(jí)神岡探測器于2029年關(guān)閉時(shí)，應(yīng)該能夠收集足夠多的數(shù)據(jù)作出可靠的判定。

　　原田正之說：“測量超新星中微子能量的全光譜可以提供線索，表明在宇宙歷史的不同時(shí)期有多少超新星爆發(fā)。此外，它還可以揭示有多少恒星坍縮形成黑洞?！?

　　美國佐治亞理工學(xué)院物理學(xué)家、南極冰立方中微子天文臺(tái)發(fā)言人Ignacio Taboada表示，來自超級(jí)神岡探測器的數(shù)據(jù)仍然太少，無法宣稱發(fā)現(xiàn)了彌散中微子，但探測彌散中微子的前景“極其令人興奮”。“中微子將為研究宇宙中恒星形成的歷史提供一種獨(dú)立的測量方法。”（王方）