每隔几秒钟,在可观测世界的某个当地,就有一个大质量恒星坍缩并以超新星爆破方式开释。物理学家称,日本的超级神冈勘探器现在或许正从这些“大灾难”中搜集安稳的微中子,相当于每年勘探到几回这样的工作。
这些细小的亚原子粒子对了解超新星内部发生的工作至关重要。由于它们从恒星坍缩的中心飞出、穿过太空,所以能供给关于极点条件下任何潜在新物理现象的信息。
近来在意大利米兰举办的“中微子2024”大会上,日本东京大学物理学家原田正之泄漏,他们好像从超级神冈勘探器每天搜集的粒子噪声中,辨认出超新星中微子的第一个头绪。
这些噪声来历包含碰击大气层的世界射线和来自太阳中心的核聚变。东京大学物理学家兼超级神冈勘探器讲话人中畑雅行标明,这一发现“标明咱们开端调查到了某些信号”。但他正告,现在在956天的观测中所搜集到的支撑性数据依然十分有限。
中微子极难捕捉。大多数中微子好像光穿过玻璃般穿过地球,超级神冈勘探器只能捕捉到很少部分穿过它的中微子。
尽管如此,该勘探器仍有很大的时机从超新星中捕捉到中微子,由于世界应该充满了这些粒子。恒星坍缩时开释出的中微子数量是巨大的——估量约有1058个,发生了天体物理学家所说的弥散超新星中微子布景。
但到现在为止,还没有人勘探到这种布景。中微子只要一次被切当地追溯至一颗坍缩的恒星。那是1987年,中畑雅行则是运用神冈-II勘探器(超级神冈勘探器的前身)发现这些粒子的研究人员之一。
这一发现之所以成功,是由于这颗超新星发生在大麦哲伦星云,这是一个矮星系,间隔地球满足近,爆破恒星的中微子能够很多抵达地球。
2018年至2020年,坐落日本飞驒市近郊地下的超级神冈勘探器进行了一次简略但重要的晋级,旨在进步其区别超新星中微子和其他粒子的才干。该勘探器的容器中盛有5万吨超纯水。
当中微子,或许更精确地说是它的反粒子——反中微子与水中的质子磕碰时,该质子能够转化为一对其他粒子,即一个中子和一个反电子。反电子在水中高速传达时会发生亮光,这些光被摆放在水箱墙壁上的传感器捕获。不过,这种亮光或许与许多其他来历的中微子或反中微子发生的亮光难以区别。
在晋级过程中,科学家向勘探器的水中添加了一种钆基盐。这使得反中微子碰击水时发生的中子被钆原子核捕获,然后开释出第2次能量亮光。寻觅超新星中微子的物理学家寻觅两次亮光的快速序列,一个是由反电子发生的,另一个是由中子被捕获发生的。
中畑雅行标明,真实的超新星信号依然需求几年时刻才干明晰地呈现,由于双闪信号或许来自其他中微子源。但当超级神冈勘探器于2029年封闭时,应该现已搜集了满足的数据作出牢靠的断定。
原田正之说:“丈量超新星中微子能量全谱能够给我们供给头绪,阐明在世界前史的不同时期有多少超新星爆破。此外,它还能够提醒有多少恒星崩塌构成黑洞。”
美国佐治亚理工学院物理学家、南极冰立方中微子天文台讲话人Ignacio Taboada标明,来自超级神冈勘探器的数据依然太弱,无法声称有所发现,但勘探弥散中微子的远景“极端令人兴奋”。“中微子将为世界中恒星构成前史供给一种独立的丈量方法。”