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一座目前仍在建設中的地中海海底觀測站可能偵測到迄今為止能量最高的微中子（neutrino）。這種超高能量的微中子是一種運動速度接近光速的微小次原子（subatomic）粒子，科學家們在過去十年間發現該粒子的存在，並認為它們可能來自劇烈的宇宙事件，例如遙遠星系中超大質量黑洞的快速成長。今（2024）年6月18日，在義大利米蘭舉行的2024年微中子（Neutrino 2024）會議上，巴黎天體粒子和宇宙學實驗室（AstroParticle and Cosmology Laboratory, APC）的微中子物理學家科埃略（João Coelho）在演講最後報告此項發現，震驚當時的與會研究人員。
 
美國威斯康辛大學麥迪遜分校（University of WisconsinMadison）的物理學家哈爾岑（Francis Halzen）認為，這次的發現顯示深淵宇宙粒子研究（Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss , ARCA）觀測站的潛力。ARCA觀測站位於義大利西西里島東南方3500公尺深的海底，是一片由探測器組成的森林。ARCA是「立方公里微中子望遠鏡」（KM3NeT）的主要組成部分；除了ARCA外，KM3NeT還包含一個位於法國土倫（Toulon）附近的陣列，該研究由眾多歐洲國家、摩洛哥、南非、澳洲、喬治亞、中國和阿拉伯聯合大公國的共同合作出資。
 
ARCA自2010年代中期以來持續地收集數據，目前的觀測站具有長800公尺、上方裝著探測單元的28條纜線，每條纜線長800公尺、纜線上串有18個探測單元，團隊希望到2028年能將纜線擴展到230條。在纜線上的探測單元是直徑約50公分、內含光探測器，而每個探測器僅能感知到少量的光子。
 
當微中子撞擊像是空氣、水或底層岩石的分子時，會產生一種稱為「緲子」（muon，又稱μ子）的高能帶電粒子。當緲子穿過探測器，便會產生其他帶電粒子的簇射（shower of particle）。因此ARCA並非直接「看到」微中子，而是藉由微中子引發的緲子反應進行觀測。微中子可以穿過地球，它們產生的粒子簇射可能來自於任何方向，而宇宙射線產生的粒子簇射則往往來自大氣層。對於那些攜帶半個皮電子伏特（PeV，即10¹⁵eV）或更高能量的微中子來說，它們直接穿過地球的可能性較小，而與地球內部物質產生交互作用的可能性較高。地球屏障阻擋了能量不夠高的微中子，而高能微中子則可以在接近地平線的一塊狹窄區域中被探測，這種特性使科學家可以輕易地區分出微中子，以及其他掠過地球的粒子。
 
科埃略在演講中表示，ARCA超過1/3的探測器皆記錄到一系列的光訊號，且這些訊號與緲子水平穿過觀測站時可能出現的訊號相符，顯示緲子是在地平線附近約1°、以接近水平方向進入地球的微中子所產生。此外，這些粒子的能量可能達到數十皮電子伏特，也是迄今為止探測到能量最高的微中子。目前至少還有四個可以探測高能量微中子的觀測站正在建設或已經提出建造需求。而規模上來說較小的ARCA能探測到此結果，可說是十分令人驚訝，更是科學研究上一項重大突破，為未來的微中子相關研究開闢新的可能性。
 

新聞來源
Castelvecchi, D. (21 June 2024). ‘Fantastic’ particle could be most energetic neutrino ever detected. Nature, https://www.nature.com/articles/d41586-024-02074-5.