天体物理学家观测到有史以来能量最高的中微子。2023年2月13日，立方公里中微子望远镜（KM3NeT）捕捉到这个可能来自遥远星系的粒子。该望远镜主要由地中海海底一组光探测器组成。

工程师准备将KM3NeT模块添加到海底探测器网络中。图片来源：Paschal Coyle/CNRS

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负责监测望远镜的研究人员直到2024年初完成首轮数据分析时，才注意到这一探测结果。去年，他们在意大利米兰的一次会议上公布，这可能是一个创纪录的事件，但没有透露中微子的时间、方向或能量等细节。

“我们必须说服自己，这不是望远镜出了什么奇怪的问题，而是真实发生的。”法国艾克斯-马赛大学的中微子物理学家、KM3NeT发言人Paschal Coyle说。这一研究结果2 月12 日发表于《自然》，还将在即将公布于arXiv 预印本平台的4篇论文中进行阐述。

中微子是电中性粒子，质量非常小。它们通常是在核反应中产生的，比如太阳中心的核反应中，能量为数百万电子伏特（10⁶eV）。

但在过去10 多年里，研究人员记录了能量前所未有地高达数千万亿电子伏特（10¹⁵eV）的中微子，这些中微子被认为起源于遥远的星系。不过，迄今探测到的能量最高的粒子不是中微子，而是一种被称为“上帝粒子”的宇宙射线。

KM3NeT由一组灵敏的光探测器组成。这些探测器固定在意大利西西里岛海岸附近约3500 米深的海底，另外还有一个较小的阵列，位于法国土伦附近。探测器能够捕捉到诸如μ子等高能带电粒子发出的光。μ子不断降落在地球表面，因为它们是宇宙射线撞击空气分子时产生的。但偶尔，撞击地球表面的宇宙中微子也会产生μ子。

在2023年2月西西里观测站探测到的这一事件中，研究团队根据μ子产生的异常光量估计，其携带的能量为120拍电子伏特（1PeV 等于10¹⁵eV）。该粒子的运动轨迹相对于地球表面接近水平，且向东朝着希腊移动。

“120拍电子伏特的能量足以表明这是一个重大事件。”冰立方天文台的中微子物理学家Elisa Resconi说。该天文台位于南极，在2012年首次探测到宇宙中微子。

基于粒子的高能量及其近乎水平的轨迹，研究团队得出结论，这个μ子很可能不是由宇宙射线产生，而是由中微子产生，其能量是此前观测到的任何中微子的20多倍。

没人确切知道超高能中微子来自何处，但可能的源头包括巨大的黑洞、伽马射线暴。还有人认为，当质子等粒子与宇宙微波背景（宇宙大爆炸的遗迹辐射）发生碰撞时，星际空间中也会产生一些超高能中微子。

当KM3NeT观测到这一创纪录的中微子时，它拥有21组探测器。从那以后，研究团队又部署了12组，这增加了望远镜能够探测到的事件数量，也提高了数据精度。到目前为止，研究人员有足够的资金将探测器数量增加到120组，他们希望最终能达到230组。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08543-1