“卡琳娜项目”:探测宇宙深处的信号

宇宙的起源和宇宙中更远的地方发生的事情可以在中微子中找到，中微子是宇宙的基本单位之一。上海交通大学牵头的“卡琳娜计划”是通过中微子研究研究高能物理世界的重大项目，希望在2030年前后建成首台中国主导的深海中微子望远镜。近日，该计划取得重要进展，“卡琳娜计划”探路者项目组已完成全部预定海试任务并安全抵达上海，为“卡琳娜计划”后续推进奠定了坚实基础。

根据计划，“卡琳娜计划”完成后，将对100多万个北京“水立方”和1000个西湖进行监测。这个深海望远镜项目可以随着地球在南海的自转，监测更广阔的天空区域，为多信差的天文研究增加了新的支持。中微子研究取得进展后，我们可以进一步扫描地球内部，了解地球内部的奥秘。

上海交通大学李政道学者徐东连为首席科学家，海洋工程学者田新亮为此次航行的领队。这个平均年龄只有25岁的团队，聚集了来自上海交通大学、北京大学、清华大学、中国科学技术大学、自然资源部第二海洋研究所的30多名科研技术人员。

“卡琳娜计划”完成后，将建成中国多信使天文网络，推动粒子物理、天体物理、地球物理、海洋地理、海洋生物等前沿交叉研究。

中微子是宇宙的基本单位之一，也是宇宙中粒子数量最多的，几乎每时每刻都在产生。它不带电荷，与物质的相互作用非常弱，因此极难被捕获，但它具有很强的穿透力，可以很容易地逃离极端而密集的天体环境。

中微子是在极端天体物理过程中产生的，如BIGBANG、超新星爆发、双中子星合并和黑洞爆炸。如果暗物质是基本粒子，中微子也可能是通过相互湮灭或自发衰变产生的。由于其幽灵般的特性和强烈的物理过程信息，中微子是研究极端宇宙的理想信使。一旦被探测到，它们就可以追溯到源头，最终解决长达一个世纪的宇宙射线起源之谜。

此前，中国广东江门核电站有中微子观测设备。目前，世界上最著名的中微子望远镜“冰立方”已经选择在2500米深度的南极冰层上建造探测器阵列。在地中海和俄罗斯的贝加尔湖地区也有相关的规划项目。其中，2010年建造的“艾斯库伯”至今已“捕获”中微子超过100次，但数量仍不足以解释宇宙天体的演化。此外，位于南极的“艾斯库伯”监测穿透地球的北方天空区域的中微子，其观测范围有限。

为了有效地发现高能中微子的天体来源，仍然需要提高下一代中微子望远镜的探测灵敏度。目前，欧美双方都在积极筹备性能大幅优化的第二代中微子望远镜，预计2030年左右完成，届时中微子天文学将实现重大突破。

自2018年11月以来，经过精心论证和相关仪器设备的研制，作为卡琳娜计划前期的预研示范项目，卡琳娜探路者的海试团队于近日在预定海域成功部署了多套自行研制的实验仪器，不仅原位采集了深度3500米、超过1TB的珍贵数据，还对海水的相关性质进行了全深度扫描探测。经过初步分析，验证了预选海域作为中微子望远镜候选场地的可行性。