为什么一个40亿年前撞击南极洲的粒子如此重要

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摘要：一位艺术家的插图显示了位于布拉扎星系中心的超大质量黑洞向地球发射其能量粒子流。DESY，科学通信实验室）2017年9月22日，一个高能中微子撞击地球。40亿年来，，中微子在太空中安然无恙地翱翔。一股来自宇宙深处的高能中微子流一直撞击地球。该报宣布，2013年的科学发现本身就是中微子科学的一个巨大成果——这是迄今为止中微子起源的第一个直接证据。同样的过程也可能发射中微子。

2017年9月22日，一个高能中微子撞击地球。它来自遥远的星系，包裹着一个超大质量黑洞。而且，从今天（7月12日）发表在《科学》杂志上的一篇轰动一时的论文开始，由分布在数十个实验室的数百名科学家签名，这篇论文正引领着令人眼花缭乱的天体物理学家改写他们的宇宙模型。

这是因为，这是第一次，高能中微子，一种几乎不存在的幽灵粒子中微子与其他物质相互作用，留下了足够的线索，让他们知道它是从哪里来的。40亿年来，

，中微子在太空中安然无恙地翱翔。它可能已经通过恒星，岩石块，或其他星系。它甚至可能穿过它们；中微子通常可以在物质中流动而不留下任何痕迹。因此，在大部分时间里，地球上的生命出现，形成细菌、真菌、植物和动物，而这些动物中的一个发现它们的存在，中微子不受干扰地旅行。[物理学中18个最大的未解之谜]

然后它撞上了南极一块冰中的一个原子，把另一个叫做μ子的高能粒子喷到了冰块中微子天文台，一个埋在南极冰下的大质量粒子探测器，它永远地消失了。

一股来自宇宙深处的高能中微子流一直撞击地球。但这次中微子碰撞是特别的：科学家们已经做好了准备。多年来，他们对仪器的精益求精使他们能够发现中微子，迅速找出中微子来自天空的哪一部分，然后用来自世界各地的望远镜对准那片天空。他们不是第一次这样做，但这一次成功了：费米伽马射线太空望远镜——然后在全世界的几十个天文台——捕捉到了中微子所在星系的微弱信号——由于它向地球耀斑发射的电磁能量的熊熊燃烧而被称为“blazar”。

太空深处有一个blazar，研究人员总结说，宇宙中最明亮的一部分天体：具有超大质量黑洞引擎的星系向地球发射能量束。而这个布拉扎正加速中微子达到巨大的能量，并将其抛入我们的星球。

追踪宇宙中微子的来源根本不可能没有冰立方，根据宾夕法尼亚州立大学天体物理学家德里克福克斯的说法，他们的团队领导了这项研究的关键部分。[冰立方照片：埋在南极冰层下的物理实验室]

大多数中微子每天流过我们的身体，福克斯告诉现场科学，它们形成于地球大气层——气体和其他高能宇宙粒子碰撞的产物。他说，即使是世界上为数不多的能探测到中微子的敏感仪器，也或多或少地被更稀有的宇宙中微子所蒙蔽，因为局部中微子的“雾”遮住了视线。

，但在2013年，冰立方穿透了这层雾。天文台已经变得足够敏感，可以从低能大气中的背景辐射中筛选出高能宇宙中微子。该报宣布，2013年的科学发现本身就是中微子科学的一个巨大成果——这是迄今为止中微子起源的第一个直接证据。

马里兰大学的粒子天体物理学家Regina Caputo说，下一个重要的步骤是，如何最有效地利用这些中微子数据来追踪到在中微子路径上耀斑的blazarrticles的来源。[奇怪的夸克和μ子：被解剖的自然界最微小的粒子（信息图表）]

这就是福克斯的研究小组进来的地方。天体物理学家Azadeh Keivani当时是Fox实验室的博士后研究员，现在是哥伦比亚大学的研究员，他说IceCube探测宇宙中微子的时间太长了，信息很容易被利用。“Kdspe

”最快需要几个小时，我们把它降到“一分钟，”Keivani告诉《现场科学》，

以这样的速度，在一次有趣的探测发生后不久，IceCube就能向全世界的天文台发出警报，她说。“冰立方”已经可以足够靠近中微子的路径（通过研究它所发射的μ子），把它的辐射源缩小到大约是满月两倍宽的一片天空。快速获取这些信息使得全世界最灵敏的望远镜能够扫描这个空间——根据卡普托的说法，从天文学的角度来看仍然是一个非常广阔的搜索区域——寻找它来自何方的线索。

，现在的中微子名为IceCube-170922A，达伦·格兰特坐在阿尔伯塔大学的办公室里。“冰立方”的发言人和天体物理学家说，这是值得注意的——很有趣，可以和大厅里的一位同事聊天——但并不令人震惊。

“冰立方大约每月检测一次中微子（在这个能量级），”格兰特告诉《生活科学》它变成了一种惯例。

自与其他望远镜合作以来，在这个能量水平上的另外11个中微子已经撞击探测器，福克斯说，还没有一个能追踪到它的来源。

所以警报发出，全世界的天文台都把望远镜对准了天空它来自，然后，福克斯说，几天来什么都没有发生。

“天空上似乎没有什么特别的东西，”他说。天文学家注意到了布拉扎星，但它并没有像一个可能的来源那样跳出来在那一点上，对我们来说，它只是12号中微子，我们把它放在了名单上，然后继续前进。

，但几天后，费米的研究人员发出了一个警报：布拉扎正在燃烧。伽马射线望远镜发现它发出的伽马射线是平时的8倍，是有史以来最亮的。有些东西——研究人员不清楚究竟是什么——导致星系发射出一股超高速高能伽马光子。同样的过程也可能发射中微子。

“blazars的诀窍是，仅仅因为它在一个波长上耀斑并不意味着它在另一个波长上耀斑，”Caputo说。

费米，一个对伽马射线光谱的关键部分敏感的广角天文台，与伽马辐射很好地协调从布拉扎河来的，早在四月份就注意到了。一旦它发现了这个可能的来源——那天没有跳出到其他望远镜，因为它们对光谱的那个区域不那么敏感——其他望远镜就可以跟踪确认布拉扎是可能的中微子来源。

我们可以说，“哦，它可能来自这个布拉扎。”卡普托说，其他的望远镜确实可以瞄准并指向那个特定的来源，

另一个伽马射线天文台，位于非洲西海岸加那利群岛的MAGIC，然后进行了后续观测，帮助确认了这个布拉扎尔，TXS 0506+056，是中微子的来源，她说。更多的天文台最终发现了类似的结果。天体物理学家首次确定了宇宙中微子的来源。后来，研究人员仔细研究了老数据，发现在过去的九年半里，在冰立方又发现了几个中微子，很可能来自同一个blazar。这个结果也发表在今天（7月12日）的《科学》杂志上。

，而Caputo和Fox都说他们怀疑blazars与co ... i有关

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