物理学家在一个庞大的水下探测器中检测到了中微子。他们很是困惑，因为这些中微子的能量要比此前探测到的高得多，这意味着它们来自遥远的天体或天体物理学事件。

在过去的十年里，科学家一直在用一种新型望远镜观测天空。这种望远镜的观测目标不是光线，而是中微子——一种微小的亚原子粒子，在地球上通常与放射性衰变有关，但也可以由宇宙中遥远的天体或天体物理学事件产生。观测这些“宇宙”中微子对我们深入认识为这些天体物理学研究对象供能的物理过程至关重要。《自然》杂志上2025年2月的一篇文章报告称，放置在地中海深处的探测器探测到了宇宙中微子，而且这些中微子的能量前所未有地高。这些几乎没有质量的粒子的能量大约是人类建造的最大粒子加速器中产生的中微子能量的数千倍，但其源头目前还不清楚。

关于中微子，有个很讨人厌的问题：它们很难探测到，因为中微子几乎不与物质发生相互作用。因此，中微子望远镜就一定要用嵌入大量物质（通常是水或冰）的探测器捕捉这些神秘粒子发生相互作用时出现的细微信号。虽然中微子很少与物质发生相互作用，但一旦发生了，它们就会以接近光速的速度运动，并且传播极远的距离。当中微子闯入水或冰时会发出亮蓝色光芒，光传感器网络能够检测到这些光。接着，科学家就能通过这些记录下的信号重绘出这些宇宙中微子的能量和方向，进而认证出它们的源头（比如某个已知的天体物理学对象或事件）。

由于尺寸巨大且分布稀疏，这些中微子望远镜可以探测到高于1 Tev（1 Tev=10¹² eV）的中微子能量信号。不过，挑战在于要从各种其他粒子中区分出这些宇宙中微子。地球大气层持续不断地受到高能粒子的轰击，这些高能粒子会在地球大气层的上层与大气物质发生相互作用，产生在大型中微子望远镜中每秒能出现数千次的粒子。另外，这些相互作用中有一部分也能产生中微子。如此种种因素叠加在一起，最后的结果便是出现在中微子探测器中的其他粒子总数大约是目标宇宙中微子的十亿倍。好在，按照目前的理论预期，宇宙中微子的能量要比诞生在地球上的中微子高，并明确指向特定的天体物理学源头。

第一台大到足以探测到宇宙中微子的望远镜是安置在南极洲的冰立方中微子天文台。经过十多年的观测，冰立方已经做了数次分析，积累了不少能够证明宇宙中微子存在的有力证据。目前发现的最高能量单中微子事件能量大约为10 Pev。冰立方中微子天文台还在我们的银河系和几个正在形成恒星的年轻星系中发现了发射中微子的证据，为近15%我们已经观测到的宇宙中微子信号提供了可信的天体物理学源头。其他宇宙中微子流的源头尚不清楚。

在过去的几年里，新一代中微子望远镜在经过多年的筹备和建设后投入了运行。其中包括立方千米中微子望远镜（KM3NeT）——由两个安置在地中海深水区域的探测器构成。2023年2月，其中一个探测器ARCA在只有计划中10%组件到位的情况下突然发现了一些极不寻常的事件：一个估算能量为120 PeV的粒子以接近水平的路径穿过了望远镜。从这种角度的路径来看，这个粒子信号不太可能来自地球大气中产生的粒子，因为如果这个粒子的源头在地球，那么它就必须穿过大量岩石——但这类坚硬的物质会有效屏蔽它们，阻止它们进入探测器。因此，研究人员得出结论：这个粒子是与ARCA附近物质发生了相互作用的宇宙中微子。

我们现在将这个中微子命名为KM3-230213A，它的发现意义重大：在此之前，冰立方中微子天文台和位于阿根廷的皮埃尔 · 奥格天文台发现的最高能量中微子能量也不到它的1/10。当然，仅仅从一个事件中很难得出什么坚实可靠的结论，但这篇文章的作者团队的观点与其他中微子望远镜得到的数据相符——它们都探测到了同样的宇宙中微子流。存在0.5%的可能是ARCA探测到了如此高能量的中微子而冰立方中微子天文台和皮埃尔 · 奥格天文台完全没有探测到这类信号——可能性很微小，但并非完全不可能。

这支研究团队试图在已知的天体物理源目录中寻找KM3-230213A的源头，但没有得到有决定意义的结果。这个结果并不意外，因为他们对粒子源头方向的估算误差范围很大：有数个已知的天体物理源落在这个误差范围内。实际上，许多探测到宇宙中微子的研究结果都没能显示出与已编目的天体物理源之间的强相关性。这意味着这些粒子的源头可能距地球非常遥远，或者意味着它们的源头是尚未发现的天体物理源。当然，还有某些其他种类的源头也同样能产生如此高能量的中微子，例如：某些能量极高的宇宙线与大爆炸留下的辐射（如今弥漫在宇宙中）发生相互作用时便能产生这样的高能中微子。

KM3NeT投入运行不久就探测到了KM3-230213A，科学家甚至都还没有很好地认识这个探测器的工作流程——自然也没有深入理解要如何重建这个探测器观测到的各种事件。探测器报告的误差决定了研究团队能多精确地量化宇宙中微子诞生事件的方向，就目前的情况来说，KM3NeT的性能仍然落后于水基中微子望远镜的预期性能。等到KM3NeT计划使用的硬件全部就位后，中微子诞生事件方向的不确定性就会大大下降。届时再将其同更为复杂的能量估算算法结合，同时与其他中微子望远镜观测到的信号相比较，就能用全新的视角和精度观测KM3-230213A了。虽然肯定还需要一段时间才能充分认识KM3-230213A发生事件的源头，但对KM3NeT来说，能探测到这样的事件就已经是一件极其鼓舞人心的事了。

资料来源 Nature

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本文作者埃里克·布劳夫斯（Erik Blaufuss）是美国马里兰大学物理学系主攻粒子研究方向的天体物理学家