中微子是宇宙中最神秘、最難以探測的基本粒子之一,，其相關(guān)研究不僅對揭示天體演化和宇宙線起源具有關(guān)鍵作用，還可能帶來顛覆性技術(shù)突破,。
3月28日至29日,，香山科學(xué)會議第779次學(xué)術(shù)研討會在福建省廈門市舉行。本次研討會將“宇宙信使”中微子前沿議題與深海探測研究并置,，邀請國內(nèi)物理學(xué),、天文學(xué)、海洋科學(xué)領(lǐng)域?qū)＜?，就中微子探測及相關(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),。過去10余個(gè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，特別是我國的高海拔宇宙線觀測站（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,，已對下一代中微子天文望遠(yuǎn)鏡的探測靈敏度提出了準(zhǔn)確的需求?！敝袊茖W(xué)院院士,、中國科學(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)成為我國科學(xué)家搶占國際科技制高點(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,，幾乎沒有質(zhì)量,、沒有電荷，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)模立體探測器,，能有效探測高能天體中微子信號,。目前國際上最知名的中微子望遠(yuǎn)鏡——冰立方，就選擇將探測器陣列建在1450米深的南極冰層之下,。
與會專家介紹,，高能中微子的探測不僅需要立方公里級介質(zhì)，還需布置在約3000米水下,，覆蓋海域達(dá)100平方公里,。因此，南海海域是我國建設(shè)中微子天文裝置的唯一可選區(qū)域,。
會上,，中國科學(xué)院高能物理研究所研究員陳明君介紹，由該所,、中國海洋大學(xué)和中國科學(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,。
廈門大學(xué)海洋與地球?qū)W院教授劉志宇認(rèn)為,，深海探測是當(dāng)前海洋科學(xué)的前沿領(lǐng)域，中微子探測裝置所需的水文環(huán)境監(jiān)測設(shè)備在滿足中微子探測需求同時(shí),，可實(shí)現(xiàn)對海洋要素的超高時(shí)空分辨率觀測,，具有革新海洋科學(xué)前沿研究的巨大潛力。
多位與會專家指出,，一方面,，中微子探測所需的深海光學(xué)傳感、能源供給等技術(shù)與深海觀測應(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精度的關(guān)鍵因素，這也對探測裝置的設(shè)計(jì)與運(yùn)維提出挑戰(zhàn),。
“中微子探測要求水質(zhì)穩(wěn)定,，沒有水體生物地球化學(xué)過程干擾，但現(xiàn)實(shí)中的海洋環(huán)境往往難以撇開這些干擾過程,，中微子探測的背景噪聲恰恰是研究海洋生地化過程的豐富數(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,，深海中微子觀測系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)兼具宇宙極端事件探測與海洋環(huán)境生化過程監(jiān)測雙功能，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,。
中國海洋大學(xué)教授田紀(jì)偉介紹,，不久前，我國科研團(tuán)隊(duì)在南海順利完成深海中微子與動(dòng)力過程協(xié)同觀測潛標(biāo)首次布放,，并成功接入國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施南海海底科學(xué)觀測網(wǎng)開始實(shí)時(shí)運(yùn)行,。“海洋科學(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新的研究空間,。”他說,。（本報(bào)記者 符曉波）
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