天文学家使用仍在地中海海底建造的巨大传感器网络，发现了有史以来检测到的能量最高的宇宙“幽灵粒子”中微子。

这些来自太空的微小、高能粒子通常被称为“幽灵”，因为它们极易挥发或蒸气，并且可以穿过任何类型的物质而不会发生变化。中微子从宇宙的遥远处到达地球，几乎没有质量。这些粒子穿过最极端的环境，包括恒星、行星和整个星系，但它们的结构仍然完好无损。

由包括来自世界各地的360多名科学家在内的KM3NeT合作组织撰写的中微子分析周三发表在《自然》杂志上。

“中微子是特殊的宇宙信使，为我们带来了有关最能量现象所涉及的机制的独特信息，并使我们能够探索宇宙最遥远的地方，“该研究的合著者、KM3NeT副发言人兼意大利INFN国家核物理研究所研究员Rosa Coniglione在一份声明中说。

这个破纪录的中微子被命名为KM3-230213A，能量为2.2亿电子伏特。据研究作者称，这个惊人的数量使其比瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究组织（CERN）的大型强子对撞机粒子加速器的威力高出约30000倍，该加速器以将粒子增压到接近光速而闻名。

“我喜欢用一种方式来思考这个问题，这个中微子的能量相当于分裂不是一个铀原子、十个这样的原子，甚至不是一百万个铀原子所释放的能量，”该研究的合著者布拉德·吉布森博士在一封电子邮件中说，“这个小中微子的能量与分裂10亿个铀原子释放的能量一样多，当我们把核裂变反应堆的能量与这个单一的空灵中微子进行比较时，这是一个令人难以置信的数字。”

该粒子提供了一些初步证据，证明这种高能中微子可以在宇宙中产生。该团队认为中微子来自银河系之外，但他们尚未确定其确切的起源点，这就提出了一个问题，即最初是什么创造了中微子并让它飞越宇宙——也许是超大质量黑洞、伽马射线暴或超新星残骸等极端环境。

这项研究的合著者、KM3NeT发言人、法国国家科学研究中心–马赛物理中心研究员Paschal Coyle说，这项开创性的探测开启了中微子天文学的新篇章，也是进入宇宙的新观测窗口。

“KM3NeT已经开始探测一系列能量和灵敏度，其中检测到的中微子可能来自极端的天体物理现象，”Coyle说。

中微子很难检测到，因为它们不经常与周围环境相互作用——但它们确实会与冰和水相互作用。当中微子直接与探测器相互作用时，它们会发出蓝色的光，这种光可以被附近的嵌入冰中或漂浮在水中的数字光学传感器网络接收到。

例如，位于南极的IceCube中微子天文台包括一个由嵌入南极冰层的5000多个传感器组成的网格。该探测器自2011年以来一直在运行，并发现了数百个中微子。科学家们已经能够将其中一些星系追溯到它们的宇宙来源，例如blazar或活跃星系的明亮核心。

一个国际团队在2010年代初构思了一个探测器网络的想法——被称为立方公里中微子望远镜，或KM3NeT——它可能能够捕捉到深海中的中微子。网络安装于2015年开始。

KM3NeT于2023年2月13日破纪录地探测到，当时该粒子点亮了它的两个探测器中的一个ARCA或深渊宇宙学的天体粒子研究位于 3450米的深度，而ORCA，或深渊宇宙学的振荡研究，位于地中海底部2450米的深度。

ARCA探测器位于意大利帕塞罗角附近的西西里海岸附近，旨在捕捉高能中微子，而位于法国东南部土伦附近的ORCA则致力于寻找低能中微子。

KM3NeT包括一个固定在海床上的传感器网格，仍在建设中。但研究作者说，已经有足够的探测器来探测到高能中微子。

当粒子在整个望远镜中追踪几乎水平的路径时，ARCA探测器在运行时仅完成了10%的计划组件，在超过三分之一的有源传感器中触发了信号。探测器记录了带电粒子产生的超过 28000个光子。

如果中微子内的能量被转换为我们理解日常物体，它将相当于0.04焦耳，或者一个乒乓球的能量从1米的高度掉落，该研究的合著者、KM3NeT的物理协调员、荷兰国家亚原子物理研究所（NIKHEF）、荷兰的阿姆斯特丹大学教授Aart Heijboer说。

他说，这个量可以为一个小LED灯供电约1秒钟。“因此，对于日常物体来说，它并不是大量的能量，但与日常世界的这种类比甚至是可能的，这一事实本身就很了不起。所有这些能量都包含在一个单一的基本粒子中，“Heijboer在一封电子邮件中说。

据研究作者称，在粒子尺度上，中微子被认为是超高能的，其能量大约是可见光光子的10亿倍到1亿倍。

探测地球上的中微子使研究人员能够追溯到它们的来源。了解这些粒子的来源可以更多地了解神秘宇宙射线的起源，长期以来，人们一直认为这是射线撞击地球大气层时中微子的主要来源。

宇宙射线是宇宙中能量最高的粒子，从太空轰击地球。这些射线主要由质子或原子核组成，它们被释放到宇宙中，因为产生它们的任何东西都是如此强大的粒子加速器，以至于它使大型强子对撞机的能力相形见绌。中微子可以告诉天文学家宇宙射线来自哪里，以及是什么将它们发射到宇宙中。

研究人员认为，新发现的中微子是某种强大的东西释放出来的，例如伽马射线暴或宇宙射线与宇宙微波背景的光子相互作用，这是138亿年前大爆炸遗留下来的辐射。

在研究过程中，作者还确定了12个可能负责产生中微子的潜在blazar。根据探测器收集的数据以及来自伽马射线、X射线和射电望远镜的交叉引用数据，这些blazar与粒子的估计飞行方向兼容。 但还需要更多的研究。

“许多宇宙-中微子探测未能显示出与编目天体的强相关性，可能表明源群离地球非常遥远，或者暗示了一种尚未被发现的天体物理天体类型，”马里兰大学帕克分校物理系的研究科学家和粒子天体物理学家Erik K. Blaufuss在随附的一篇文章中说。Blaufuss没有参与这项研究。

“尽管全面了解这一事件的起源需要时间，但对KM3NeT来说，这仍然是一个非凡的欢迎信息，”他说。