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贝加尔湖-GVD新增探测器并捕捉银河系高能中微子信号

2026-06-22 10:04          贝加尔湖-GVD 中微子 HUNT 宇宙射线 俄罗斯中微子

在5月的年度建设任务中,贝加尔湖-GVD中微子望远镜新增两组光敏探测器,运行中的探测器集群增至16组。更受科学界关注的是,该设施已取得首批重要科学成果:探测到来自银河系平面的高能中微子流,而这一现象与现有宇宙射线在银河系中传播的天体物理模型并不相符。

中微子是一类极难捕捉的中性粒子,能够穿过地球和普通物质。科学家通常借助瓦维洛夫—切伦科夫效应寻找它们的踪迹:当中微子偶然与水中的原子发生相互作用时,会产生其他带电粒子,并释放出微弱的蓝色切伦科夫辐射。贝加尔湖-GVD正是利用湖水作为巨大探测介质,通过水下光学模块记录这些罕见信号。

贝加尔湖-GVD合作组负责人詹-阿里斯·德日尔基巴耶夫介绍,该探测器由多个相互独立的子探测器组成,每个子探测器都相当于一台中微子望远镜。约300个光学模块组成一个集群,目前16个集群已进入数据采集状态。此次考察中,科研人员安装了756个光学模块,使望远镜有效体积达到约0.8立方千米。

此前,科学界普遍认为能量高于200 TeV的超高能宇宙粒子主要来自银河系之外。2022年,南极冰立方探测器观测到异常迹象;2023年至2024年,贝加尔湖-GVD进一步证实,银河系盘面中存在高能中微子信号。贝加尔湖-GVD设施负责人伊戈尔·贝洛拉普季科夫表示,这些观测数据已由两座天文台相互印证,将推动科学家重新审视银河系内宇宙射线传播模型。

下一步,科研团队将继续寻找银河系内外的高能中微子源。贝加尔湖-GVD与冰立方探测器的数据已经显示出若干候选来源,但要获得更清晰的答案,还需要更大的探测规模。

俄罗斯科学家正与中国科学院高能物理研究所合作,规划在贝加尔湖建设新一代中微子望远镜HUNT。按计划,到2040年,HUNT的探测体积将达到30立方千米,远大于目前贝加尔湖-GVD、冰立方和KM3NeT约1立方千米的量级。贝加尔湖水域相对稳定,冬季可借助冰面部署设备,沿岸基础设施也较完善,被认为适合建设大型水下中微子探测阵列。

这一合作还与中国高海拔宇宙线观测站LHAASO的发现相呼应。LHAASO多次记录到来自银河系中心方向的超高能伽马射线,其中包括超过100 TeV、达到拍电子伏特级的伽马射线。由于贝加尔湖-GVD与LHAASO观测的天区高度重合,如果未来能在伽马射线来源区域同时探测到中微子流,科学家将有机会更准确地判断这些超高能粒子的产生机制。

HUNT相关实验已开始推进。2025年,两台HUNT中微子望远镜原型机在贝加尔湖-GVD天文台投入使用;今年,科研人员又安装了一台原型机和两个配备20英寸光电倍增管的光学模块。

除寻找宇宙中微子外,贝加尔湖-GVD还可能用于研究地球内部结构。中微子能够穿过地球,科学家可通过分析其被地球吸收的情况,推断地球内部密度分布,未来甚至有望为认识地核化学成分提供线索。科研团队认为,未来十年贝加尔湖-GVD将继续产出独特数据,而中微子天体物理学的下一轮突破,可能与HUNT实验结果密切相关。


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