到南極冰層深處探尋宇宙的奧秘

姚敏華 編譯

在南極冰河深處，科學家正在利用世界上最不尋常的望遠鏡進行一項全新的天文學研究。這種天文學研究的對象不是光線，而是超新星和類星體中心發出的可怕微?！⒅凶?。南極地帶介子和微中子探測器(簡寫為AMAN－DA)沒有望遠鏡，沒有目鏡，也沒有圓頂屋，它由大約700個保齡球大小的玻璃傳感器組成。這種傳感器可以捕捉到南極冰河1英里深處微中子與原子發生碰撞時產生的微弱藍光。

由于沒有電性、質量極小或幾乎為零，微中子不受重力和磁場的影響，可以在恒星、行星和人的身體內任意穿行。但10億個微中子會有一個撞上質子。這種碰撞會產生一個重電子或者一個υ介子，這個重電子或υ介子會沿微中子的方向行進，并在釋放能量時發出一道藍光，這與隕星在大氣層中燃燒非常相似。AMANDA的感光器吸收這些“泄密”的藍光，并將這種藍光轉化為可測量、有意義的電子信號。然后用計算機將多個感光器的信號加以比較合成，最后得出這種光線的三維軌道。據此，科學家們可以得到有關微中子原始位置的資料。位于麥得遜鎮的威斯康星大學物理學家弗朗西斯·赫爾岑說：“υ介子告訴了我們微中子來的方向，我們有望遠鏡，從而可以在太空中找出微中子來自何方?！?/p>

高能微中子來自于一些劇烈的宇宙現象，其中包括超新星、類星體和其他形式的星系活動。由于微中子極少與物質發生相互作用它們到達地球時仍然攜帶著產生它們的宇宙事件的不摻雜質的信息?？梢姽獾墓庾诱孟喾?，在到達地球的路上，它會被其他介質吸收、變暗和改變。赫爾岑的威斯康星大學同事、AMANDA項目領與者羅伯特·摩爾斯說，“光子非常合群，它們與所有的東西都發生相合作用。只有微中子能夠帶給我們厲始的信息。”

僅僅發現微中子并沒意味著萬事大吉——摩爾斯和赫爾岑尋找的是極少見的高能微中子。但是，地球一直處于大量低能微中子的沖洗之中，這些微中子有的來自太陽中心，有的則是宇宙射線在穿過大氣屋時撞擊原子產生?？茖W家們建造了巨大的地下水箱來探測這些太陽微中子。然而，即使是日本的1250=j加侖的超級水箱還是太小，不足以捕捉到高能微中子。由于建造一個足夠大的水箱

耗資巨大，物理學家赫爾岑和摩爾斯從一個冰河學家那里得到了這樣的建議：在南極超級潔凈的冰河里尋找微中子。在超過3／4英里深度的水里，冰河內部的壓力擠出了氣泡，從而創造出一種非常透明的介質，使得光子在被吸收之前可以行進700英尺。在那里，千萬個放電υ介子不斷發出藍光。

AMANDA傳感器的首要任務是研究出這些發光并找出υ介子在冰河里行進的軌跡。所有向下運動的υ介子來自于南極上空產生的低能微中子。讓人感興趣的是那些向上運動的υ介子，這些仙介子由來自太陽甚至太陽系之外的某些地方的高能微中子產生。每束藍色閃光的強度反映出產生它的微中子的能量。

到目前為止，AMANDA計劃已經成功地探測和跟蹤到了來自太陽的微中子的背景。為了捕捉到來自銀河系深處的夢寐以求的高能粒子，摩爾斯和威斯康星大學的同事們增加了5000個探測器，A－MANDA也由此變為“冰塊”?！氨鶋K”長、寬、高均為3000英尺，是有史以來建造的最大的單個科學儀器?？茖W家們相信，在與銀河系類似的星系中央存在著一個巨大的、吞噬恒星的黑洞，若能尋找到少量來自于類星體及其家族的微中子．將使人類有可能對銀河系中央的巨大黑洞進行第一次直接測量。赫爾岑說，“希望在于，一個微不足道的微粒可能會告訴我們關于宇宙的所有事情?！?/p>