觀察者網(wǎng)從上海交通大學(xué)獲悉，10月10日上午，上海交通大學(xué)李政道研究所正式發(fā)布南海中微子望遠鏡“海鈴計劃”藍圖。“海鈴計劃”由上海交通大學(xué)李政道研究所發(fā)起并牽頭，旨在探索建設(shè)中國首個深海中微子望遠鏡，由中國科學(xué)院院士景益鵬擔(dān)任項目負責(zé)人、李政道學(xué)者徐東蓮擔(dān)任首席科學(xué)家。

項目將通過捕捉高能（亞TeV到PeV量級）天體中微子來探索極端宇宙，為我國填補該領(lǐng)域的空白，加速構(gòu)建我國完備的多信使天文網(wǎng)，推動粒子物理、天體物理、地球物理、海洋地理、海洋生物等前沿交叉研究，孕育多項原創(chuàng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)，為人類文明做出重要的科學(xué)貢獻。

圖1：海鈴計劃構(gòu)想圖。陣列成潘路斯（Penrose）密鋪幾何，約有1200條垂直線纜，每條線纜上約有20個光學(xué)模塊，線纜位于海洋下方約3500米深處，監(jiān)測體積為 (4 x 4 x 0.5) 立方公里

1609年伽利略發(fā)明了望遠鏡，極大推動了天文學(xué)的發(fā)展。此后400多年，眾多的天文觀測依然主要基于捕捉宇宙中傳來的光子來實現(xiàn)，但光子僅僅是宇宙發(fā)送的眾多“信使”之一。為了進一步揭開宇宙起源與演化的奧秘，人類不斷地嘗試著探尋其它信使的蹤影。

中微子是宇宙中數(shù)量最多的次原子粒子之一。由于其如幽靈般極強的穿透力，中微子可輕松逃逸極端、致密的宇宙和天體環(huán)境而不改變方向，是研究極端宇宙的理想信使。對中微子更深入的探究，或再次顛覆人們對基本物理規(guī)律的認知，確切地解答宇宙射線起源的百年謎題。

圖2: 中微子天文。中微子可輕松逃逸極端、致密的宇宙和天體環(huán)境，并在宇宙中傳播不因磁場而改變方向，是追根溯源、研究極端天體現(xiàn)象的理想信使

中微子天文學(xué)的思想起源于1960年蘇聯(lián)物理學(xué)家馬可夫提出的在深?；蚝锝ㄔ烨袀惪品蚬馓綔y元件陣列的構(gòu)想。2010年，目前國際世界最大、最靈敏的中微子望遠鏡冰立方（IceCube）建成，其探測器陣列建在2500米深的南極冰層中。此外，在地中海的KM3NeT和在貝加爾湖的Baikal-GVD項目均有部分深水中微子望遠鏡陣列在運行中。中微子天文學(xué)正處于重大突破的門檻上。當下，世界主要發(fā)達國家都在積極地籌建性能大大優(yōu)化的二代中微子望遠鏡，在提升探測靈敏度的同時更精確地定位中微子源。二代望遠鏡的建成，有望催生中微子天文學(xué)和基礎(chǔ)物理學(xué)的新突破。

得益于自“十二五”以來的我國在深海工程技術(shù)方面的飛速發(fā)展，使得在我國建設(shè)深海中微子望遠鏡成為可能。這正是我國進軍中微子天文學(xué)這一新興領(lǐng)域，實現(xiàn)迎頭趕上甚至超越國際前沿的科學(xué)時機。此外，我國在多波段望遠鏡（如LHAASO，HXMT/eXTP，CSST, FAST）、空間引力波（如太極和天琴）和低能中微子觀測站（JUNO）均已有布局，海鈴深海中微子望遠鏡將填補我國多信使天文觀測網(wǎng)中尚且空缺的重要一環(huán)，極大促進和完善我國建立的多信使天文觀測網(wǎng)。

圖3: 海鈴探路者出海人員合影

2021年09月初，由上海交通大學(xué)牽頭的“海鈴探路者”項目團隊完成首次海試任務(wù)。本航次由徐東蓮擔(dān)任航次首席科學(xué)家，海洋工程專家田新亮擔(dān)任領(lǐng)隊，共有來自上海交通大學(xué)、北京大學(xué)、清華大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、自然資源部第二海洋研究所、向陽紅03號科考船等機構(gòu)的近八十位科研人員與技術(shù)人員共同參與。本次海試成功測量了預(yù)選海域的深海流速、原位海水光學(xué)性質(zhì)、放射性本底，驗證了候選海域作為中微子望遠鏡臺址的可行性，為“海鈴計劃”的后續(xù)推進奠定了基礎(chǔ)。

圖4: 預(yù)選海址處低緯度近赤道地帶，隨著地球的自轉(zhuǎn)，可360度巡天，與南極冰立方以及北半球的其他中微子望遠鏡形成了完美的互補！

海鈴團隊在這些重要結(jié)果基礎(chǔ)之上，完成了海鈴中微子望遠鏡的概念設(shè)計，相關(guān)論文于2023年10月09日發(fā)表于《自然·天文》雜志。徐東蓮為該論文的通訊作者，交大李政道研究所的博士后葉子平、博士生田瑋以及北京大學(xué)天文系博士生胡帆為共同第一作者。論文證實了預(yù)選臺址擁有建設(shè)中微子望遠鏡的良好深海環(huán)境，其海水的光學(xué)屬性滿足建設(shè)大型望遠鏡陣列的要求。基于上述結(jié)果，項目組利用上海交大“思源一號”科學(xué)計算平臺進行模擬計算，正式提出南海中微子望遠鏡“海鈴計劃”（英文：TRopIcal DEep-sea Neutrino Telescope，TRIDENT）的概念設(shè)計。

“海鈴計劃”首席科學(xué)家徐東蓮曾在冰立方國際合作組中學(xué)習(xí)、工作多年，2018年9月，徐東蓮回國加入上海交大李政道研究所，依托交大在天文、粒子物理和海洋工程等方面的研究平臺，開始進一步探索國內(nèi)建設(shè)中微子望遠鏡的可行性。2020年8月15日徐東蓮代表“海鈴計劃”團隊，正式提出了南海中微子望遠鏡——“海鈴計劃”的建設(shè)規(guī)劃和行動計劃。

“海鈴計劃”將分步實施。2022年底，在科技部、上?？茖W(xué)技術(shù)委員會和上海交通大學(xué)的支持下，海鈴一期項目已啟動。海鈴一期擬在選定海域建設(shè)10根望遠鏡串列，并通過長距離海纜連接南海某島基地。預(yù)計2026年成為世界首個近赤道的小型中微子望遠鏡，開展對銀河系內(nèi)外的天體源搜索，并完成建設(shè)大陣列的全鏈技術(shù)驗證。海鈴計劃的終極大陣列將包括約1200根望遠鏡串列，超越升級后的冰立方，預(yù)期在2030年前后成為國際上最先進的中微子望遠鏡。

海鈴項目得到了教育部、科技部、上海市、海南省的大力支持，望遠鏡的預(yù)研工作也是上海市科委的重大項目和科技部重點研發(fā)專項青年項目。為了支撐“海鈴探路者”項目的順利執(zhí)行，上海交通大學(xué)于2021年06月成立了海鈴合作組，依托上海交通大學(xué)物理學(xué)、天文學(xué)、海洋工程、海洋科學(xué)、材料科學(xué)、電氣工程、通訊工程等多學(xué)科優(yōu)勢交叉合作，同時與北京大學(xué)、清華大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、自然資源部第二海洋研究所等科研院校的相關(guān)學(xué)科緊密合作，至今項目組已發(fā)展到10余家合作單位，近百名成員，穩(wěn)步推進科學(xué)、工程、技術(shù)等方面的協(xié)同攻堅。