南海海底将建中微子望远镜

在幽暗的中国南海海底3500米处，1000多根千米高的线缆，两两相隔约百米，竖排成覆盖约8立方千米海域的巨型矩阵。不计其数的中微子如幽灵般光速穿过矩阵，“点亮”了线缆上串着的一盏盏篮球大小的玻璃球“圆灯”，捕捉着中微子带来的宇宙信号。

这样科幻故事般的场面，描绘的正是南海中微子望远镜计划，由上海交通大学李政道研究所牵头的大科学装置。

“每个玻璃球‘圆灯’里，放置着多个光电探测器件，每根线缆会串起20多个玻璃球舱，连珠成线，像不像一串串感应宇宙声响的风铃？我们形象地称为‘海铃计划’。”在李政道研究所实验室，青年学者梅华林向记者详解这一科学计划。利用中微子与水分子原子核发生反应会发出光的特性，玻璃球探测到的光信号会被转化为电信号，传输到陆地上的实验室。进而开展探索极端宇宙，揭秘宇宙射线起源，寻找新物理规律等前沿研究。

与光学、射电望远镜利用电磁波来观测宇宙不同，“海铃计划”的主角是号称宇宙“隐身人”、“幽灵粒子”的中微子，这一在宇宙大爆炸后不久便出现的粒子，观测它们可以了解宇宙的早期历史；中微子还会在超新星爆发、黑洞并合等剧烈天体现象中产生，利用中微子望远镜可以研究这些极端的天体现象。2018年，科学家首次发现来自于40亿光年以外的猎户座“耀变体”中微子，证明了其中心有超级黑洞的活动星系核，可加速宇宙射线至几万万亿电子伏特，比目前人类最强大的加速器高几千倍。这一发现，入选《科学》杂志2018年国际最重大科学突破之一。

因为中微子不易捕捉的特性，探测装置的选址至关重要。梅华林介绍，对宇宙中高能中微子的探测通常选择在足够深、足够暗、足够干净的环境里，比如南极的厚冰层、几百米的深井、几千米的深海，而且探测器往往都是体型巨大的科学装置，才能在有限的时间里尽可能多地探测到少之又少的中微子反应。

“海铃计划”选址南海，既利用了透明的海水对光的散射、吸收更少的特性，也是因为这里离赤道较近，当利用整个地球作为屏蔽体观测宇宙时，探测器随地球自转扫过的天区更广。不过，海底洋流会影响探测装置的运行，“海铃探路者”团队需要选择洋流速度小、适合探测器运行的位置。

为找到适宜布放实验装置的海域，2021年9月，由80多位科研人员和工程技术人员组成的“海铃探路者”海试团队，带着他们自研的数套实验装置，首次赴南海科考。

当时，科研团队意外遭遇两个台风的夹击，在评估了潜在风险以及完成实验的可能性之后，最终决定与台风抢时间。在晃动不止的船体上，科研人员赶在风力到达顶峰前，采集到了珍贵的深海数据，实现最后一次探测器的布放和数据采集。

梅华林介绍，“海铃计划”一期将于2026年在选定海域布放10根串列，探测器的原型样机也在加紧研发中。未来，“海铃计划”将建成能够全天候、全时段连续工作20—30年的海底中微子望远镜，通过发现高能天体中微子源，解答宇宙射线起源的世纪之谜。同时，结合其他观测手段，理解极端天体现象的深层物理规律，推动我国深海精密仪器及探测技术的发展并发起国际大科学计划，凝聚优秀科技人才，拓宽人类认知边界。黄晓慧