每隔幾秒鐘，在宇宙的某個角落，就有一顆大質(zhì)量恒星坍縮并以超新星的形式爆發(fā)。物理學家稱，日本的超級神岡探測器現(xiàn)在可能正在從這些“大災難”中收集穩(wěn)定的中微子，其每年可以探測到幾次這樣的事件。

　　這些微小的亞原子粒子對了解超新星內(nèi)部發(fā)生的事情至關(guān)重要。它們從恒星坍縮的核心中飛出并穿越太空，可以提供極端條件下潛在新物理現(xiàn)象的信息。

　　在近日于意大利米蘭舉行的“中微子2024”大會上，日本東京大學物理學家原田正之透露，他們似乎從超級神岡探測器每天收集的粒子噪聲中，識別出超新星中微子的第一個線索。

　　這些噪聲包括撞擊大氣層的宇宙射線和太陽核心的核聚變。東京大學物理學家兼超級神岡探測器發(fā)言人中畑雅行表示，這一發(fā)現(xiàn)“表明我們開始觀察到一個信號”。但他警告，目前在956天的觀測中收集到的支持性數(shù)據(jù)依然非常有限。

　　中微子極難捕捉。大多數(shù)中微子如同光穿過玻璃般穿過地球，而超級神岡探測器只能捕捉到極少量穿過它的中微子。

　　盡管如此，該探測器仍有很大的機會捕捉到來自超新星的中微子，因為宇宙中充滿了這樣的粒子。恒星坍縮時釋放出的中微子數(shù)量是巨大的估計約有1058個，進而產(chǎn)生了天體物理學家所說的彌散超新星中微子背景。

　　但到目前為止，還沒有人能夠探測到這種背景。中微子只有一次被確切追溯至一顆坍縮的恒星。那是在1987年，中畑雅行則是使用神岡-II探測器（超級神岡探測器的前身）發(fā)現(xiàn)這些粒子的研究人員之一。

　　之所以獲得成功，是因為當時這顆超新星位于大麥哲倫星云，這是一個矮星系，距離地球足夠近，爆發(fā)恒星的中微子可以大量到達地球。

　　2018年至2020年，位于日本飛驒市近郊地下的超級神岡探測器進行了一次簡單但重要的升級，旨在提高其區(qū)分超新星中微子和其他粒子的能力。該探測器的容器中盛有5萬噸超純水。

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　　當中微子，更準確地說是它的反粒子反中微子與水中的質(zhì)子碰撞時，后者可以轉(zhuǎn)化為一對其他粒子，即一個中子和一個反電子。而反電子在水中高速傳播時會產(chǎn)生閃光，這些光能夠被排列在水箱壁上的傳感器捕獲。不過，這種閃光可能很難與許多其他來源的中微子或反中微子產(chǎn)生的閃光區(qū)分開。

　　在升級過程中，科學家向探測器的水中添加了一種釓基鹽。這使得反中微子撞擊水時產(chǎn)生的中子能夠被釓原子核捕獲，從而釋放出第二次能量閃光。尋找超新星中微子的物理學家于是便可以尋找兩次閃光的快速序列，一個是由反電子產(chǎn)生的，另一個是由被捕獲的中子產(chǎn)生的。

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　　中畑雅行表示，真正的超新星信號仍然需要幾年時間才能清晰地出現(xiàn)，因為雙閃信號可能來自其他中微子源，包括撞擊大氣層的宇宙射線產(chǎn)生的中微子。當超級神岡探測器于2029年關(guān)閉時，應(yīng)該能夠收集足夠多的數(shù)據(jù)作出可靠的判定。

　　原田正之說：“測量超新星中微子能量的全光譜可以提供線索，表明在宇宙歷史的不同時期有多少超新星爆發(fā)。此外，它還可以揭示有多少恒星坍縮形成黑洞。”

　　美國佐治亞理工學院物理學家、南極冰立方中微子天文臺發(fā)言人Ignacio Taboada表示，來自超級神岡探測器的數(shù)據(jù)仍然太少，無法宣稱發(fā)現(xiàn)了彌散中微子，但探測彌散中微子的前景“極其令人興奮”?！爸形⒆訉檠芯坑钪嬷泻阈切纬傻臍v史提供一種獨立的測量方法?！保ㄍ醴剑?