南极的冰可以说是地球上最纯净的冰。由于白色的冰盖能将阳光全部反射,冰盖下面完全黑暗,我们就有了一个安静的背景。于是南极冰成为世界上最宏大的中微子望远镜的绝妙落脚处。
一般的望远镜收集恒星的光亮,而造价2.72亿美元的“冰立方”则是用来寻找被昵称为“幽灵粒子”的中微子。
幽灵粒子
中微子是一种基本粒子,也就是那种跟电子、光子等基本粒子一样被物理学家研究的物质。1930年,沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Pauli)提出了中微子假说;1956年,弗瑞德·莱茵斯(Fred Reines)成功捕获了中微子的踪迹,因此获得了1995年的诺贝尔物理学奖。
现在,科学家已经基本能勾勒出中微子的面目:它不带电,几乎没有质量;它以接近光速的速度轻快地在宇宙穿行;它穿透性极强,几乎所有物质包括太阳、地球乃至人体,对它来说几乎就和不存在一样;这种神秘的高能粒子能在太空里穿行几十亿光年,而不会被磁场和原子吸收或偏转运行方向。
有趣的是,中微子看起来总是比光跑得快。1987年2月23日,科学家捕捉到了11个来自16万光年外的超新星的中微子信号,而3个小时后,超新星的光才到达地球。这并不能说明中微子的速度超过了光速,通常的解释是光子在致密的星体内部要经过多次吸收、发射和散射才能最终逃逸,所以比穿透力极强的中微子慢一步。
正因为这种决不“惊扰”任何物质、不留痕迹的“孤僻”个性,中微子被称为宇宙间的“隐身人”,要探测它是极为困难的。
当然,中微子和其他物质碰撞的概率并不为零。在100亿个中微子中,大约会有一个与物质的原子发生碰撞。当中微子撞到原子,会产生带电粒子。带电粒子在某些介质中传播,当它的速度高于这种介质中的光速时,就会释放蓝光闪烁。探测器可以捕获这种闪烁,进而推测出引发反应的源头中微子的进入方向、能量,可能还能获知它的类型。
帮助科学家获得诺贝尔奖的日本超级神冈探测器以及加拿大萨德伯里中微子观测站都用这种方法来探测中微子,它们选择的介质是水或重水。而“冰立方”探测器选择的介质是冰。