日本另一座大型科学设施的建设正在紧锣密鼓地进行。中国科学家希望在海底3500米处建造世界上最重要的中微子“望远镜”。 Siebel项目由上海交通大学的科研团队领导。 探测器部署装置海试完成 施工将于明年初开始。 近期，“Siebel计划”取得了重大进展。作为水下“望远镜”关键器件的特种柔性潜水目标车光电探测器已成功通过海上试验。经过这一系列测试，首批海灵号探测潜水器将于明年建造。本期科技推介中，央视记者张春玲独家专访了Siebe项目团队，了解这台深海望远镜如何捕捉到我们周围无处不在且难以发现的中微子。 “Siebel 计划”：建立一个深海底部的中微子“望远镜” 世界上最先进的中微子望远镜将建在南海3500米深处，有一个独特而醒目的名字：Project Siebel。它就像隐藏在大海深处的神秘“耳朵”，“倾听”宇宙中最神秘的幽灵粒子——中微子发出的微弱信号，发现宇宙深处的秘密。 中微子“幽灵粒子”承载着宇宙的奥秘 你可能对中微子不熟悉。毕竟，中微子看不见摸不着，但现在，数百亿个中微子正以接近光速的速度穿过你我和你周围的一切，而你却没有意识到。中微子不带电荷，几乎没有质量，因此可以像幽灵穿墙一样轻松穿透地球，因此也被称为“幽灵粒子”。但就像引力波一样，它们是少数“信号之一”它可以从黑洞深处泄漏出来，它蕴藏着宇宙起源、能量甚至时间的秘密，是我们认识宇宙、探索宇宙诞生和演化奥秘的重要线索。 科学家希望用更强大的“望远镜”捕获更多中微子 目前捕获微微子最常用的方法是观察微微子与其他粒子碰撞的影响。当中微子与水或冰中的原子核或电子碰撞时，会产生蓝光闪光，并被探测器捕获。 世界各地的科学家花了几十年的时间捕获了仅有数百个高能天文中微子，这使得深入研究其基本规律变得困难。因此，中国科学家现在决定建造一台更强大的望远镜，帮助人类捕捉这些幽灵信号，更深入地探究极端太空的奥秘。 李政道研究室常任研究员徐冬炼先生上海交通大学研究院、海陵计划首席研究员：中微子望远镜探测的想法出现于1960年。世界各地的例子包括美国主导的建在南极冰川上的冰立方、俄罗斯建在贝加尔湖上的望远镜、建在地中海上的KM3NeT望远镜等。南极冰立方建于2010年。经过两年的运行，它很快就发现了一股来自银河系外、距离地球很远的弥漫中微子流。识别识别这些中微子的来源将需要下一代中微子观测设施。望远镜。 中微子探测量从1立方公里扩大到10立方公里 我前面提到的一些大型全球中微子望远镜的探测体积也在1立方公里左右。然而，随着对检测精度的要求越来越高，这个量已经不够了。更大、更灵敏的“镜头”这是“Siebel 项目”的目标，旨在将探测到的中微子数量扩大到 10 立方公里。 深海光学探测舱 探测海底的中微子 那么我们如何检测像“幽灵粒子”一样微弱的中微子呢？这就需要使用一些精密的检测设备。接下来，我们就和记者一起去实验室看看他是怎么做的。先进的中微子探测“眼睛”可以探测深海中的中微子。 这个透明球就是“Project Siebel”深海光学探测舱的“钟”。虽然它看起来像一个又大又漂亮的灯泡，但它实际上是一个非常复杂的光电倍增管。 上海交通大学李政道研究院“海陵工程”主任、常任研究员。徐东联研究员：这个主要用于单光子探测。后面做了多级放大，单个光子撞击时，被放大数十倍后面可以读出数百万次，可以读出较大的信号，从而可以检测到单个光子。 未来将部署数千个水下浮标和2万多个探测舱。 一旦完成，这将是未来的“Siebel 项目”。它看起来像一组漂浮在海底的“风铃”吗？ 看看这些散落在各处的点。它们都是球形深海光学探测舱。这些球形探测舱以 20 个为一组排列，并小心地悬挂在两条 700 米长的电缆上。 电缆一端固定在海底，另一端由浮力块拉起，垂直放置在水中，形成水下浮标。 整个Sebel项目将涉及部署数千个此类水下浮标，这意味着将需要超过20,000个探测模块。那么它们如何“聆听”来自太空深处的信号呢？ 黄景涛，博士生上海交通大学李政道研究院院长：中微子之所以被称为“幽灵”，是因为它具有物理学上称为“无电荷且几乎无质量”的性质。简而言之，它是指它与某种物质发生反应的概率极低。 探测舱捕获水中中微子碰撞产生的切伦科夫光 中微子的物理特性使得很难通过常规手段“捕获”它们，除非偶尔与原子核或水中的电子发生碰撞，而这种碰撞发生的概率非常低。这种碰撞对于能量非常高的中微子来说并不痛苦，但撞击的一侧接收到中微子转移的部分能量并释放出大量的次级粒子。这些次级粒子不具备中微子的“隐形性”。它们的传播速度非常快，甚至比光在同一介质中传播的速度还要快。结果，出现了类似著名的现象切伦科夫光发生“光爆炸”。 水下切伦科夫光是微弱的蓝光闪光，中微子探测器应该捕捉蓝光的瞬间并跟踪它们穿过海水时残留的中微子。足迹和地址。 上海交流同大学李正涛研究院博士生黄景涛：这个粒子经过之后，在空间留下了一个非常明显的轨迹，这就是它接收到的光的轨迹。然后，从这个方向向后延伸，你就可以看到哪些天体来自天空的哪个区域，你就可以了解望远镜的功能。 Spider系统成功海试 准确完成潜在检测目标部署 据报道，Sebel项目的每个700米长的潜水探测浮标将连接20个球形探测舱。整个项目将包括大约1000个探测浮标。这个大型SCale项目需要一个安全高效的部署设备。 inv团队Stigation开发了蜘蛛系统，其灵感来自于蜘蛛丝纺丝的连续性和可控性。在最近的海试中，正是这套蜘蛛系统完成了潜水目标的精确部署。我们继续前往实验现场看看吧。 在上海交通大学的船模拖车园区内，一套刚刚成功试航的蜘蛛系统静静停放。 这种卷轴状的装置就是“蜘蛛系统”。它周围是一个装满探测球的水下浮标。要解决的问题是在南海3500米深处的海底放置数千个这样的水下浮标。每条长超过 700 米，间隔约 100 米。它们必须排列密集、有序，就像“水下森林”一样，不能相互缠绕或干扰。完成Project Siebel的部署是一项庞大而详细的工作主导项目。现在，团队要做的就是轻轻地在海底挖出第一个潜水标记。 上海交通大学造船与海洋建筑工程学院教授、“Siebel项目”副总工程师田兴良先生：我们也是受到这种卷轴、水轮和磁带的启发。磁带托盘可以容纳数百米的磁带。皮带是一种非常灵活的机构，与圆轴一样，表现非常稳定。 虽然这个部署装置看上去很完整，但实际上它是由上半部分和下半部分组成。底部是潜水目标的底座，大“涡旋圈”是负责部署的运输装置。在被抛入海中之前，两部分通过可承受10吨拉力的特制缆绳连接起来。沉入海底后，水下机器人手臂解开绳索，“蜘蛛系统”瞬间分裂成两半。潜水器的一端将其牢固地保持在海底，而蜗壳的上部部分则由顶部的浮块抬起以继续上升。浮力和绳索张力的共同作用沿着主缆将探测球一颗一颗地发送出去，直到700米长的潜水信标完全展开。 一旦展开，卷轴就会自动浮到水面，就像深海版的“火箭发射”。卫星保持在轨道上，火箭依靠自身动力返回，平衡效率和成本。经过八次重大设计迭代和无数次失败后，研究人员终于能够成功实现水下探测浮标，将“Project Siebel”从绘图板上的概念转变为可以在深海进行的现实项目。 上海交通大学李纲道研究院常任研究员、“Siebel计划”首席研究员徐冬炼先生：该项目的研发情况2018年启动，2021年进行选址，2026年建成10个阵列，完成中国海域深海中微子望远镜整个建设的全面技术验证。 01 多项自主创新 建造强大的中微子探测器 科学项目从概念到启动、测试和最终完成通常需要十年或更长时间。在研发过程中，海灵团队攻克了许多难题，创造了许多有新闻。中微子望远镜探测过程中积累了许多创新技术。 除了“蜘蛛”部署系统外，“密封”在球形探测舱方面也实现了多项世界第一。例如，我们首次将传统光电倍增管与硅基光电探测器结合起来，使得对探测信号的响应更快，方向确定更精确。另外，我其设计类似于昆虫的复眼，几乎整个球面都是感光的，使其变得复杂且易于改变。适合捕获海水环境中各个方向的微弱信号。同时，团队还开发了实时光学校准系统，可以根据海水清晰度和水流的变化自动进行自我校准，确保整个望远镜始终保持“清晰焦点”。这些创新不仅解决了深海探测不稳定、信号容易失真的问题，也使“西贝尔”成为国际中微子研究领域最引人注目的项目之一。 上海交通大学李政道研究院常务研究员、“海岭计划”首席研究员徐栋联先生：由于天文台位于赤道和热带低纬度地区，随着地球自转，望远镜探测到的敏感空域扫遍全球SS整个天空。因此，它将与南极冰立方形成良好的互补关系。建造一个足够大的规模来与冰立方竞争将创造一场精彩的科学竞争，并为中微子天文学的下一个重大突破而展开竞赛。 目前，“海陵工程”正在稳步推进。科学家们计划在明年初开始施工后的几年内完成关键技术的验证，然后再开始全面部署。可以说，我们正在一步步从模型走向现实海洋的深处。为了更好地了解中微子从宇宙深处带来的秘密。 （央视记者 张春玲）