在人類(lèi)仰望星空、探索宇宙終極奧秘的征途上,我們致力于探測(cè)宇宙中的“幽靈粒子”——中微子。它幾乎不與物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),攜帶著宇宙最深處的奧秘,穿越億萬(wàn)光年來(lái)到我們身邊。為了捕捉這些粒子,我們的目光從遙遠(yuǎn)的宇宙深處,轉(zhuǎn)向了深邃的海洋。
想要捕獲這些近乎“隱身”的中微子,需要一個(gè)極其龐大、純凈且處于黑暗環(huán)境中的探測(cè)器。南海3000米以下的水體,以良好的水質(zhì)、近乎完全黑暗的環(huán)境和天然的屏蔽,成為建設(shè)巨型中微子望遠(yuǎn)鏡的理想場(chǎng)所。
“海鈴計(jì)劃”的核心構(gòu)想,便是在南海深處,布設(shè)一個(gè)由數(shù)萬(wàn)只高靈敏度光學(xué)傳感器組成的立體陣列,構(gòu)成一座體積達(dá)數(shù)立方千米的“深海望遠(yuǎn)鏡”,像矗立在深海里的一串串“風(fēng)鈴”。當(dāng)中微子穿過(guò)這一串串“風(fēng)鈴”,罕見(jiàn)地與海水中的原子核發(fā)生相互作用時(shí),會(huì)產(chǎn)生一種名為“切倫科夫輻射”的微弱藍(lán)光。我們的使命,便是研發(fā)、部署并運(yùn)行這套精密的探測(cè)陣列,在黑暗中捕捉這轉(zhuǎn)瞬即逝的“深海之光”,從而反推中微子的能量與方向。
這是一項(xiàng)集成了粒子物理、海洋工程、信息科學(xué)等多學(xué)科挑戰(zhàn)的系統(tǒng)工程。每一個(gè)玻璃球艙(光學(xué)模塊)都要承受超過(guò)350個(gè)大氣壓的壓強(qiáng),并確保在深海低溫、高腐蝕環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。數(shù)萬(wàn)節(jié)點(diǎn)的百皮秒級(jí)精密時(shí)鐘保持同步、數(shù)據(jù)的深海長(zhǎng)距離傳輸以及從背景噪聲中提取極端微弱信號(hào),每一步都是對(duì)精密探測(cè)器技術(shù)與深海工程實(shí)施的極大考驗(yàn)。
我于2008年前往國(guó)外攻讀博士,2018年回國(guó)組建團(tuán)隊(duì),啟動(dòng)了“海鈴計(jì)劃”。個(gè)人多年研究中微子天文學(xué)的積累,以及國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)研究及深海探索的高度重視與持續(xù)投入,給了我勇氣來(lái)挑戰(zhàn)深邃而未知的海洋。
迄今,團(tuán)隊(duì)已在核心探測(cè)器研制、原位環(huán)境測(cè)量、數(shù)據(jù)采集、深海精準(zhǔn)布放系統(tǒng)研發(fā)等方面完成技術(shù)創(chuàng)新并取得階段性突破,為“海鈴計(jì)劃”的順利實(shí)施奠定了工程基礎(chǔ)。團(tuán)隊(duì)正全力以赴,投入到2026年“海鈴計(jì)劃”第一階段的建設(shè)與海試準(zhǔn)備中。我們與國(guó)內(nèi)頂尖的海洋研究機(jī)構(gòu)、高性能計(jì)算中心以及相關(guān)高校建立了緊密的協(xié)同攻關(guān)機(jī)制,力爭(zhēng)早日使海鈴中微子望遠(yuǎn)鏡能“聽(tīng)”到中微子信號(hào)。
展望“十五五”,基于深海的大型中微子望遠(yuǎn)鏡是國(guó)際前沿基礎(chǔ)科學(xué)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)之一,也是我國(guó)中微子天文學(xué)領(lǐng)域從跟跑到領(lǐng)跑的一個(gè)歷史性機(jī)遇。我相信,通過(guò)多學(xué)科深度交叉融合,我們的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)將在這片深藍(lán)中,建成并運(yùn)行好屬于人類(lèi)共有的中微子望遠(yuǎn)鏡。
(作者為上海交通大學(xué)李政道研究所長(zhǎng)聘學(xué)者,本報(bào)記者黃曉慧采訪整理)
原標(biāo)題:捕捉轉(zhuǎn)瞬即逝的“深海之光”(創(chuàng)新故事)
記者手記
以求真信念照亮科學(xué)進(jìn)程
走進(jìn)上海交通大學(xué)李政道研究所的天問(wèn)大廳,抬頭仰望,上方是一片透明的玻璃頂。蔚藍(lán)的天空下,沿著直徑40米的球形中庭坡道旋轉(zhuǎn)向上,一幅600米長(zhǎng)的“天問(wèn)”長(zhǎng)卷,展示著人類(lèi)探索宇宙起源的歷程。其中既有宇宙創(chuàng)世瞬間的壯麗,也有人類(lèi)對(duì)于宇宙演化規(guī)律的思考與發(fā)現(xiàn)。
這幅“長(zhǎng)卷”,是李政道研究所全體科學(xué)家經(jīng)過(guò)33次會(huì)議討論,用幾個(gè)月的時(shí)間共同繪制而成的。正是在這方探尋科學(xué)之美、孕育瑰奇想象的星空下,徐東蓮領(lǐng)銜的“海鈴計(jì)劃”科學(xué)家團(tuán)隊(duì),提出在深海探尋宇宙奧秘的科學(xué)計(jì)劃,這是屬于中國(guó)科學(xué)家面向未來(lái)的科學(xué)想象。
采訪中,徐東蓮表示,宇宙的未知充滿(mǎn)魅力,她所做的就是要去探尋和揭示這些未知,這個(gè)過(guò)程雖然艱辛,但樂(lè)趣無(wú)窮。如今,在奮進(jìn)“十五五”的征程上,有越來(lái)越多像徐東蓮一樣的中國(guó)科學(xué)家,正以求真的信念拓展認(rèn)知的邊界,照亮科學(xué)文明的進(jìn)程。
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