中国大型探测器将试图在超新星爆发前发现它

每秒都有数以万亿计的粒子从遥远的恒星和星系中穿过你的身体——你只是感觉不到它们。这些幽灵般的粒子被称为中微子。尽管宇宙不断喷涌出它们，但这些物体几乎不与物质相互作用——它们甚至可以穿过人类最坚固的屏障，例如钢墙或铅墙。

有些中微子来自超新星，即最大恒星的死亡；它们也由地球岩石的放射性衰变、太阳的反应甚至地球的极光产生。这些难以看见的粒子无处不在，对多个科学领域至关重要，但我们仍然需要更好的方法来寻找它们。现在，中国广东省正在建设的一个新天文台——江门地下中微子天文台（JUNO）计划以比以往更高的灵敏度搜寻这些难以捉摸的粒子。

与大多数中微子探测器一样，它是一个装满液体的大桶，中微子可以与之相互作用——网越大，捕获的鱼就越多。 “建成后，朱诺号将比现有同类型最大探测器大 20 倍，”北京高能物理研究所 (IHEP) 朱诺号合作项目成员、研究员李玉峰说。该探测器目前正在建设中，预计将于 2024 年开始运行，它不仅比以往任何探测器都大，而且对中微子能量的细微变化也更敏感。李补充说，它将成为“业界一个独特而重要的观测站”。

[相关：银河系的幽灵中微子终于被发现]

该天文台最雄心勃勃的目标是抢先发现那些正在消亡但尚未爆炸的恒星的中微子。这样，望远镜就可以捕捉到这些恒星最后的毁灭行为。“由于中微子具有弱相互作用的性质，预计它们会比光子早几个小时到达地球，”丹麦尼尔斯玻尔研究所的物理学家艾琳·塔姆博拉（Irene Tamborra）解释说，她与该项目无关。

天文学家仍然不知道恒星爆炸的详细过程，但观察超新星爆发时的情况或许能提供一些线索。“早期探测中微子对于将望远镜对准超新星方向并尽早捕捉其电磁辐射至关重要，”Tamborra 补充道。JUNO 应该能够在恒星爆炸前数小时至数天向天文学家发出警报，让他们有时间做好准备并对准望远镜。它甚至可能能够测量来自整个星系的遥远超新星的微弱中微子背景，这对试图拼凑整个宇宙图景的宇宙学家来说非常重要。

除了超新星，该天文台还将寻找来自离我们更近的地方的中微子：核反应堆。附近的阳江和台山核电站产生中微子，物理学家希望利用朱诺号探测这些中微子。中微子有三种类型（是的，它们确实叫这个名字！），分别称为电子中微子、τ中微子和μ中微子。它们可以在所谓的振荡中在不同状态之间切换。科学家可以计算出他们预计从核电站产生的每种中微子的数量，并与朱诺号实际观察到的情况进行比较，以更好地理解这些翻转。

[相关：这种幽灵粒子可能是暗物质一直躲避我们的原因]

俄亥俄州立大学天体物理学家约翰·比康姆说：“也很有可能会有意外的发现，因为在部署强大的新实验时经常会发生这种情况。”

朱诺号并不是继中微子之后唯一的大型天文台。目前最大的液态中微子探测器是日本的超级神冈探测器，那里的研究人员正计划对其进行大规模升级，使其成为超级神冈探测器。美国也加入了这场游戏，目前使用费米国家加速器实验室的探测器，并计划耗资数十亿美元建造自己的下一代天文台，称为深层地下中微子实验。不过，这些项目还需要几年时间，因此，高能物理研究所所长王贻芳告诉《科学》杂志，他认为朱诺号“率先实现这一目标的几率为 3 比 1”，以弄清中微子的一些基本特性。

无论谁赢得这场竞赛，这座天文台都会为我们打开一扇通往宇宙的窗户。“朱诺号是中微子物理学和天体物理学向前迈出的一大步，”比康姆说，“我非常期待看到它能做些什么。”