高能中微子的起源首次被追溯，解开了一个重要的天文谜团。
为了更好地理解和认识能量或物质，对神秘的亚原子粒子的研究至关重要。物理学家们研究亚原子粒子——中微子——以深入了解它们起源的各种事件和过程。我们通过研究中微子来了解恒星，尤其是太阳。关于宇宙，我们还有很多未知领域需要探索，而理解中微子的功能是所有对物理学和天文学感兴趣的科学家最重要的一步。
什么是中微子？
中微子是气态（且极易挥发）粒子，几乎没有质量，不带电荷，可以穿过任何类型的物质而不发生任何改变。中微子之所以能够做到这一点，是因为它们能够承受极端条件和高密度环境，例如恒星、行星和星系。中微子的一个重要特性是它们从不与周围物质发生相互作用，这使得对它们的分析极具挑战性。此外，中微子以三种“味”存在——电子、τ子和μ子，它们在振荡过程中会在这三种“味”之间切换。这种现象被称为“混合”，也是中微子实验中最奇特的研究领域。中微子最显著的特征是它们携带着关于自身确切起源的独特信息。这主要是因为中微子虽然能量极高，但不带电荷，因此不受任何强度的磁场的影响。中微子的起源至今仍未完全揭晓。它们大多数来自太阳，但少数，特别是那些高能量的粒子，来自更遥远的太空区域。这就是为什么这些难以捉摸的“游荡者”的确切起源至今仍是个谜，它们也被称为“幽灵粒子”。
追踪高能中微子的起源
发表在《科学》杂志上的两项突破性天文学研究首次追踪到一种神秘的亚原子粒子——中微子的起源。这种粒子在南极冰层深处被发现，它历经3.7亿年的时间抵达地球<sup> 1,2</sup>。这项研究由300多位科学家和49个机构合作完成。高能中微子是由冰立方中微子天文台在南极冰层深处安装的迄今为止最大的探测器——冰立方探测器探测到的。为了实现这一目标，研究人员在冰层中钻了86个孔，每个孔深达1.5英里（约2.4公里），并分布在由5000多个光传感器组成的网络中，总覆盖面积达1立方公里。冰立方探测器由美国国家科学基金会管理，是一个由86根电缆组成的巨型探测器，这些电缆被放置在延伸至冰层深处的钻孔中。当中微子与原子核相互作用时，探测器会记录下发射的特殊蓝光。人们探测到了许多高能中微子，但直到在冰盖下成功探测到能量高达300万亿电子伏特的中微子，才得以追踪它们的来源。这个能量几乎是大型强子对撞机（地球上最强大的粒子加速器）中质子能量的50倍。探测到这个中微子后，一个实时系统立即从地球和太空的实验室收集并整理了整个电磁波谱的数据，以探究该中微子的起源。
中微子被成功追溯到一个名为“耀斑星系”（Blazer）的明亮星系。耀斑星系是一个巨大的椭圆形活动星系，拥有两条喷射流，会释放中微子和伽马射线。它的中心有一个独特的超大质量且高速旋转的黑洞，并且该星系正以接近光速的速度向地球运动。耀斑星系的一条喷射流异常明亮，直指地球，因此得名。耀斑星系位于猎户座左侧，距离地球约4亿光年。天文台以及地球上和太空中的总共20台望远镜都探测到了中微子和伽马射线。第一项研究1表明探测到了中微子，随后的第二项研究2表明，耀星系早在2014年和2015年就产生了这些中微子。耀星系无疑是高能中微子以及宇宙射线的来源。
天文学的突破性发现
中微子的发现是一项重大成就，它将使我们能够以前所未有的方式研究和观测宇宙。科学家表示，这一发现或许能帮助他们首次追溯神秘宇宙射线的起源。这些射线是来自太阳系外、以光速高速撞击地球的原子碎片。它们被认为是造成卫星、通信系统等故障的原因。与中微子不同，宇宙射线是带电粒子，因此会受到磁场的影响并改变其路径，这使得追溯其起源变得不可能。宇宙射线一直是天文学研究的课题，尽管它们早在1912年就被发现，但宇宙射线至今仍是一个巨大的谜团。
未来，利用与本研究类似的基础设施，建造更大规模的中微子天文台，可以更快地获得结果，并进行更多探测，从而揭示新的中微子来源。这项研究通过记录多次观测并分析整个电磁波谱的数据，对于加深我们对宇宙及其物理机制的理解至关重要。它是“多信使”天文学的典型例证，该方法至少使用两种不同类型的信号来探测宇宙，使其在进行此类发现时更加强大和精确。这种方法已帮助我们在近期发现了中子星碰撞和引力波。每一种信使都为我们提供了关于宇宙和大气层中剧烈事件的新知识。此外，它还有助于我们更好地了解数百万年前发生的极端事件，正是这些事件将这些粒子推向了地球。
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来源（S）
1. IceCube 合作组等，2018。《对与高能中微子 IceCube-170922A 同时出现的耀斑的多重信使观测》。《科学》，361(6398)。https ://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. IceCube 合作组等，2018。IceCube-170922A 警报发出之前，耀变体 TXS 0506+056 方向的中微子发射。《科学》，361(6398)。https ://doi.org/10.1126/science.aat2890
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