天文學家使用仍在地中海海底建造的巨大傳感器網絡，發現了有史以來檢測到的能量最高的宇宙“幽靈粒子”中微子。

這些來自太空的微小、高能粒子通常被稱為“幽靈”，因為它們極易揮發或蒸氣，并且可以穿過任何類型的物質而不會發生變化。中微子從宇宙的遙遠處到達地球，幾乎沒有質量。這些粒子穿過最極端的環境，包括恒星、行星和整個星系，但它們的結構仍然完好無損。

由包括來自世界各地的360多名科學家在內的KM3NeT合作組織撰寫的中微子分析周三發表在《自然》雜志上。

“中微子是特殊的宇宙信使，為我們帶來了有關最能量現象所涉及的機制的獨特信息，并使我們能夠探索宇宙最遙遠的地方，“該研究的合著者、KM3NeT副發言人兼意大利INFN國家核物理研究所研究員Rosa Coniglione在一份聲明中說。

這個破紀錄的中微子被命名為KM3-230213A，能量為2.2億電子伏特。據研究作者稱，這個驚人的數量使其比瑞士日內瓦附近的歐洲核子研究組織（CERN）的大型強子對撞機粒子加速器的威力高出約30000倍，該加速器以將粒子增壓到接近光速而聞名。

“我喜歡用一種方式來思考這個問題，這個中微子的能量相當于分裂不是一個鈾原子、十個這樣的原子，甚至不是一百萬個鈾原子所釋放的能量，”該研究的合著者布拉德·吉布森博士在一封電子郵件中說，“這個小中微子的能量與分裂10億個鈾原子釋放的能量一樣多，當我們把核裂變反應堆的能量與這個單一的空靈中微子進行比較時，這是一個令人難以置信的數字。”

該粒子提供了一些初步證據，證明這種高能中微子可以在宇宙中產生。該團隊認為中微子來自銀河系之外，但他們尚未確定其確切的起源點，這就提出了一個問題，即最初是什么創造了中微子并讓它飛越宇宙——也許是超大質量黑洞、伽馬射線暴或超新星殘骸等極端環境。

這項研究的合著者、KM3NeT發言人、法國國家科學研究中心–馬賽物理中心研究員Paschal Coyle說，這項開創性的探測開啟了中微子天文學的新篇章，也是進入宇宙的新觀測窗口。

“KM3NeT已經開始探測一系列能量和靈敏度，其中檢測到的中微子可能來自極端的天體物理現象，”Coyle說。

中微子很難檢測到，因為它們不經常與周圍環境相互作用——但它們確實會與冰和水相互作用。當中微子直接與探測器相互作用時，它們會發出藍色的光，這種光可以被附近的嵌入冰中或漂浮在水中的數字光學傳感器網絡接收到。

例如，位于南極的IceCube中微子天文臺包括一個由嵌入南極冰層的5000多個傳感器組成的網格。該探測器自2011年以來一直在運行，并發現了數百個中微子。科學家們已經能夠將其中一些星系追溯到它們的宇宙來源，例如blazar或活躍星系的明亮核心。

一個國際團隊在2010年代初構思了一個探測器網絡的想法——被稱為立方公里中微子望遠鏡，或KM3NeT——它可能能夠捕捉到深海中的中微子。網絡安裝于2015年開始。

KM3NeT于2023年2月13日破紀錄地探測到，當時該粒子點亮了它的兩個探測器中的一個ARCA或深淵宇宙學的天體粒子研究位于 3450米的深度，而ORCA，或深淵宇宙學的振蕩研究，位于地中海底部2450米的深度。

ARCA探測器位于意大利帕塞羅角附近的西西里海岸附近，旨在捕捉高能中微子，而位于法國東南部土倫附近的ORCA則致力于尋找低能中微子。

KM3NeT包括一個固定在海床上的傳感器網格，仍在建設中。但研究作者說，已經有足夠的探測器來探測到高能中微子。

當粒子在整個望遠鏡中追蹤幾乎水平的路徑時，ARCA探測器在運行時僅完成了10%的計劃組件，在超過三分之一的有源傳感器中觸發了信號。探測器記錄了帶電粒子產生的超過 28000個光子。

如果中微子內的能量被轉換為我們理解日常物體，它將相當于0.04焦耳，或者一個乒乓球的能量從1米的高度掉落，該研究的合著者、KM3NeT的物理協調員、荷蘭國家亞原子物理研究所（NIKHEF）、荷蘭的阿姆斯特丹大學教授Aart Heijboer說。

他說，這個量可以為一個小LED燈供電約1秒鐘。“因此，對于日常物體來說，它并不是大量的能量，但與日常世界的這種類比甚至是可能的，這一事實本身就很了不起。所有這些能量都包含在一個單一的基本粒子中，“Heijboer在一封電子郵件中說。

據研究作者稱，在粒子尺度上，中微子被認為是超高能的，其能量大約是可見光光子的10億倍到1億倍。

探測地球上的中微子使研究人員能夠追溯到它們的來源。了解這些粒子的來源可以更多地了解神秘宇宙射線的起源，長期以來，人們一直認為這是射線撞擊地球大氣層時中微子的主要來源。

宇宙射線是宇宙中能量最高的粒子，從太空轟擊地球。這些射線主要由質子或原子核組成，它們被釋放到宇宙中，因為產生它們的任何東西都是如此強大的粒子加速器，以至于它使大型強子對撞機的能力相形見絀。中微子可以告訴天文學家宇宙射線來自哪里，以及是什么將它們發射到宇宙中。

研究人員認為，新發現的中微子是某種強大的東西釋放出來的，例如伽馬射線暴或宇宙射線與宇宙微波背景的光子相互作用，這是138億年前大爆炸遺留下來的輻射。

在研究過程中，作者還確定了12個可能負責產生中微子的潛在blazar。根據探測器收集的數據以及來自伽馬射線、X射線和射電望遠鏡的交叉引用數據，這些blazar與粒子的估計飛行方向兼容。 但還需要更多的研究。

“許多宇宙-中微子探測未能顯示出與編目天體的強相關性，可能表明源群離地球非常遙遠，或者暗示了一種尚未被發現的天體物理天體類型，”馬里蘭大學帕克分校物理系的研究科學家和粒子天體物理學家Erik K. Blaufuss在隨附的一篇文章中說。Blaufuss沒有參與這項研究。

“盡管全面了解這一事件的起源需要時間，但對KM3NeT來說，這仍然是一個非凡的歡迎信息，”他說。