诺奖得主Arthur:中微子能量比我们预想大得多

诺奖得主Arthur:中微子能量比我们预想大得多
2018年08月12日 11:32 新浪科技
Arthur McDonald,2015年诺贝尔物理学奖获得者Arthur McDonald,2015年诺贝尔物理学奖获得者

  新浪科技讯 8月11日消息, 8月10-12日,世界科技创新论坛在北京会议中心举办,包括Kip Thorne、Thomas J.Sargent、Michael Levitt、朱棣文在内的20余位诺贝尔奖获得者,以及曹春晓、美国国家工程院院士陈刚等诸多中外顶级学者专家应邀出席,共同打造史无前例的中国最高级别智慧盛宴,探讨全球科技创新成果、描绘未来中国科技创新蓝图。

  中微子是和暗物质一样是来自于宇宙的,我们可以看到在我宇宙当中发现一些非寻常的活动,它是可以在地上监测,而且在太空中也可以被监测到,在太空中有一些设备已经部署出来了。而且我们也知道中国是会考虑发一些新的空间探测器发到太空中,那么太空中和地上是可以并到一起来探索的。

  以下是演讲全文:

  我非常高兴今天能够来到这里,也谢谢主办方对我的邀请,非常高兴能够来到中国。

  那么,基本上关于太空研究方面我和他们正好研究相反,我在陆地上工作的,在中国也有很多跟中国同事的重复,包括中位置、暗物质的监测,比如在中国有一个新的中微子的实验室也是刚刚建起。

  说到中微子,中微子是和暗物质一样是来自于宇宙的,我们可以看到在我宇宙当中发现一些非寻常的活动,它是可以在地上监测,而且在太空中也可以被监测到,在太空中有一些设备已经部署出来了。而且我们也知道中国是会考虑发一些新的空间探测器发到太空中,那么太空中和地上是可以并到一起来探索的。

  我今天在这里就要讲一讲所谓多信号的探测。我们都知道,天文的设备可以放在宇宙当中,比如刚才乔治也讲到通过空间或者太空的探测器,如果超过大气层之后你能获得数据的精准度什么的,都会有一定限制的,当然它已经带来了很好的空间发展,科学的发现,刚才几位发言人也提到了。这些直到现在为止的科学发现主要来自于天空的探测器,也有很多这样的诺贝尔奖。但这也让我讲所谓的多信天文学,这些宇宙的设备可以看到宇宙远端的异常事件,加上中微子探测仪和引力波探测仪加一块可以更加全面的对于太空天体的了解,这个是以前没有办法理解的。

  因为我们之前有了很多国际的合作,可以进行多信史的天文学,与此同时可以在空间和地面的设备发展,也使得我们可以有很多新的技术。这些新技术造诣了我们的科学家,与此同时也造福了很多技术研究的人员。整个就可以进行非常全面的合作。比如我们有很多新的设备,是对地对空的,他们也在很多的前沿有了新的发展。这些不仅有商业的应用,而且也可以使得我们在未来做更多的试验。

  大家可以看一下,除了我们宇宙波、伽玛波,这些在空间站都可以测试到。在地球表面比如对中微子的观测,这个是激光干涉仪引力波测试器,通过这个第一次看到的引力波。过去十年我们有很多新的测量能力和测量设备。这些所有设备并在一起让我们更加好的了解在这些主要的宇宙天体事件中到底发生了什么,比如说中间这个部分看到的这个LIGO测试器,可以看到中子星的碰撞。这些是空间的天文观测设备,比如左上脚大家比较熟悉的,比如费米卫星,它可以去研究伽玛射线可以做出许多天文的发现,其它也是非常重要的,也有很多的设备。右边是对地的天文台。

  下面讲讲冰立方,比如今年7月13号有一个新的发现,冰立方其实是南极冰川以下,这些冰川是非常透明的,冰立方从技术来讲有很多的进展。因为它是把一些光传感器放在一些模块当中,就可以在非常列额的情况下,事实上是把冰化开把传感器放到冰下,那么就可以测试一些穿过大气层的粒子,放在冰下四五十米的位置,它的长度差不多是冰下2800多米,我在旁边放了一个埃菲尔铁塔作为比照,就可以看到这个深度有多深。

  中微子的能力是比我们之前看到的能量都要大,它是世界上例子加速器产生的能量的几百万倍,我讲这个事件,费米望远镜也看到了,费米望远镜加上其它设备是观察伽玛射线暴,当然是同样的事件造成的,这个事件也造成了高能的中微子。

  冰立方就可以去界定这些中微子是从什么方向来的,而且准确度非常高。另外,冰立方能看到能观察到的,和费米望远镜看到的是有高度重合的。初次之外我们能看到的就是,所谓的合作各个天文台之间的这个合作,在《科学》杂志上也发表,不仅是人与人之间的合作,这些不同的天文设备之间的合作,有六个是空间站的,还有其它一些测量是地球上测试到的。加在一起,共同证实了所谓的LISA,来自其它星系的黑洞碰撞造成的,因为这些黑洞的轴向是朝向地球的,可以看到一些高能的中微子,就是因为燃暴体的现象造成的。

  第二个多信史的观察是一年多前发现的,也是在2017年的12月《天文物理学》上发的,这个文章中讲到激光测试仪lIGO测的引力波。它就发现两个黑洞之间的碰撞,而现在它又观察到两个所谓中子星碰撞。中子星是非常压缩的一种行星星系,所以它的质量相当于我们说的一个核子的密度。

  我们这次观察到一个重量的引力波的信号的猛增,这是在欧洲的virgo观察到的。1.7秒之后我们又被发现伽玛波出现了伽玛暴,卫星发现的,相互之间一个证实,就是会发现中子星的碰撞出现了这个中子星,就是一个太空的观测站和地球的观测站共同观察到,我们天文界进行了这样一个合作,毋庸置疑他们看到的确实是两个中子星的合并。

  这个过程中,他们也共同观察到了几年之前刚刚被预测出来了一个事件,就是刚刚在理论上被预测出的一个事件,就是所谓的重子的合并。当然这些轻子是由比较普通的行星,比如像太阳和其他的星碰撞的时候产生的,这个可以帮助我们去了解宇宙的历史。我们讲的这个历史不仅仅是文化意义上的历史,同时,不仅是周围这些事件的历史,其实更多讲的是我们的起源,也就是大爆炸时期我们的历史。

  那么这些要素,你其实可以去预测,你通过了解在行星当中的这些核的反应,就可以去预测,我们在大爆发的时候发生了什么,而且可以让我们知道我们地球的组成这样的一些元素是如何形成的。当然这些很好的设备不仅仅是帮助我们进行科学研究,这也是一个文化范畴的事情,就是让我们了解我们的起源。

  作为中国观众来讲,更加有意思的是中国也提出了一个新的空间计划,2018年7月13号同样在《科学》杂志上发表的,一个月前中国刚刚提出一系列的空间计划,在这个空间计划中,CNS已经打破了传统的空间计划,尽快把一组卫星能发射到天空中,应该在2021年的时候就可以上天。这些卫星主要是为了去看去找伽玛暴,对于中微子合并的观察做好准备。也就是说先通过引力波,然后再通过伽玛暴来检测中子星的合并,可以说中国在这方面是走在非常前面的。另外还有地球表面的测试和对空空间的测试之间的合并,已经形成了一个网络,这些网络其实包括了各种各样天文学的设备。这样子的话大家就可以把这些设备,比如都朝着一个方向去寻求相关的有用的信息,定点的寻求信息。另外有可能监测一些中微子,这些中微子来自我们银河中的超新星,中国有非常高能的设备,比如大亚湾的中微子监测器,它是在一个反映器的旁边,2016年的时候上线,当时是为了检测中微子。除此之外,也可以观测来自我们星系的超新星的中微子。还有Juro(音)也是在中国的华南,应该是三到四年之后就可以上线,它基本上跟我们讲的两个赢得诺贝尔奖的这些设备同样的规模。包括还有加拿大的SNO和日本的超级神冈,两个是差不多级别的。

  因为超新星在我们的预测中,到底什么时候会发生?是比较难以预测的。但我们知道每隔30年会出现一次超新星,如果出现中微子暴是比较独特有意思的,这些中微子的信号可以传递一些粒子级的信号,加上其它设备可以加上电磁的信号,但中微子信号会早两个小时,所以中微子就像一个早期预警系统,大亚湾也参与了。如果你先测试到中微子的话,其它的一些比如说空间的设备就可以朝着那个方向对准,对准到我们预计到超新星的这个方向。我刚才跟主持人谈到,他说中国2024年的时候会发射一个2米的望远镜可以做到这一点,可以朝着那个调方向,搜集这个方向,因为它会以搜集电磁波的信号。不仅在监测仪和信息的分享方面,中国都会起到非常重要的作用。

  我们可以看到当然对于一些对空和对地的合作确实有很好的未来,很多情况下他们可以做很多的事情,可以观察一些比如像中微子,或者是引力波等等这些非常重要的天文学的信号。因为说到引力波,比如LISA最近做了一个新的项目,就是去寻找引力波,但这些技术是比较常见的,包括这些地球的设备和天空的设备。其实也不仅仅是科学研究,而且也有商业应用的前景,我们要明白多信史天文研究的时代已经到来,而在这个中间,中国已经是非常重要的一个国家,不仅在中国做很多探测的工作,包括在地球上的探测工作,和在空间站中的探测工作。现在或者在未来一两年中国发射的这些卫星,将会起到非常重要的作用。

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