把中微子探測中心放于南極極點的地下深處可謂用心良苦。因為冰不產(chǎn)生自然輻射，把探測器埋到深處可以過濾掉宇宙中除了中微子之外的各種其他輻射。南極深處冰層經(jīng)千百萬年的凍結(jié)壓積，其內(nèi)部少雜質(zhì)無氣泡像一塊純凈的水晶體，它具有優(yōu)良的光學(xué)特性，這與天文望遠鏡要求高質(zhì)量的光學(xué)透鏡有著某種類似之處。中微子與介質(zhì)中原子碰撞產(chǎn)生契倫科夫輻射（Cherenkov radiation）會產(chǎn)生一種特殊的藍色幽光，探測中微子的本質(zhì)就是對這些蘭色幽光的精準測量，純凈的各向同性的冰介質(zhì)是這種精準測量的基本保證。

“冰立方”中微子天文臺工作原理示意圖。

“冰立方”中微子天文臺構(gòu)成示意圖。

冰立方感興趣的只是來自遙遠星系的高能中微子，但是地球外層空間受宇宙射線激發(fā)產(chǎn)生數(shù)量巨大的中微子，它們每時每刻都在轟炸著“冰立方”，它們也會在冰立方中產(chǎn)生蘭色的幽光。要在百萬以上中微子背景輻射中捕獲少數(shù)高能中微子，這個過程要比草堆中尋針還要難千倍。

好在不同能級不同方向進入“冰立方”所產(chǎn)生的契倫科夫輻射的軌跡、偏振、形狀和持續(xù)時間都是不同的，這些輻射產(chǎn)生的幽靈蘭光被位于不同位置上的傳感器在不同時刻采集下來，立即作數(shù)字處理后由電纜集中送到冰立方地面上的計算機中心。通過復(fù)雜的信號處理，“去粗取精，去偽存真，由此及彼，由表及里”，最后把來自遙遠星系的高能中微子訪客捕獲。現(xiàn)代先進的信號處理技術(shù)是近年來天文物理學(xué)突飛猛進的關(guān)鍵，引力波的發(fā)現(xiàn)就是一個最好的佐證。測量引力波需要分辨質(zhì)子尺度千分之一的長度變化，沒有現(xiàn)代信號處理技術(shù)是完全不能設(shè)想的。

高能中微子一定來自高能激變的天體，這次被精準定位的TXS 0506 + 056就是耀變體(blazar)，這是一類極其活躍的星系，它的核心是一個超級大黑洞。當(dāng)鄰近恒星路過巨大黑洞時，會引起“潮汐撕裂事件”被黑洞吞噬[1]。因為黑洞本身的旋轉(zhuǎn)在其附近空間引成強磁場，被高速吸入的部分恒星氣體在磁場作用下沿著黑洞自旋軸方向加速彈出，引成接近光速的“相對論性噴流”(relativistic jets)。在這股噴流中被超級加速的質(zhì)子彼此碰撞或與光子碰撞時，結(jié)果是產(chǎn)生π介子。帶電的π介子衰變?yōu)棣探樽雍挺探樽又形⒆樱行驭薪樽佑炙プ兂少ゑR射線。耀變體的“相對論性噴流”就成為了燿眼的光芒、伽馬射線暴和高能中微子的同一源頭。

高能中微子在多信道、多手段天文觀測中將起到不可替代的作用。中微子不帶電荷、幾乎不與其它任何物質(zhì)相互作用，被稱為宇宙中的“隱身人”?！盁o欲則剛”，中微子在行進中不受阻礙，一條道走到黑絕不拐彎。所以根據(jù)中微子軌跡很容易對重大天文事件定位。今后，中微子探測將成為多信道天文學(xué)(multi-message astronomy)觀測的重要手段。

2017年8月17日引力波探測導(dǎo)致雙中子星并合事件的發(fā)現(xiàn)。僅一個月后，2017年9月22日高能中微子探測把伽馬射線暴與高能中微子的源頭定位在TXS 0506 + 056星系上。這兩個事件的科學(xué)意義無論怎樣強調(diào)也不算過分。

1609年的秋天，偉大的物理學(xué)家伽利略舉起自制的望遠鏡朝向星空，是人類天文物理的第一次突破。四百多年來，人類制作了各種各樣的光學(xué)和射電望遠鏡在天文觀測中取得了豐碩的成果，但是所有這些設(shè)備都是基于對電磁輻射的觀察測量，直到2017年人類又獲得了引力波和高能中微子這兩種新的測量方法。2017將以多信道天文學(xué)的開啟之年在人類的科學(xué)進步史冊上留下不可磨滅的印記。

最后談二點個人看法：

1）與本次事件相關(guān)的兩篇最新論文的分析都是3-sigma等級，3-sigma等級意味著論文的結(jié)論有相當(dāng)高的置信度?？茖W(xué)家一般要求達到5-sigma閾值標準才將研究結(jié)果確定為“重大發(fā)現(xiàn)”，這是粒子物理學(xué)研究的通常做法，但天體物理及其它一些物理領(lǐng)域要達到這個標準比較困難。讓我們以謹慎的熱情歡迎本次發(fā)現(xiàn)，并耐心等待進一步的探測和更多數(shù)據(jù)的到來。

2）高能中微子實驗純屬基礎(chǔ)科學(xué)研究，主要的意義在于加深人類但宇宙、高能物理和基本粒子的理解和認識。在相當(dāng)長的時期中，中微子都不會有什么實際應(yīng)用價值，希望不會有人去開展中微子通信之類的工程活動。

注釋：

[1] 黑洞“潮汐撕裂事件”和伽瑪射線脈沖

http://blog.sciencenet.cn/blog-2761988-1088432.html