冰塊微中子觀測站完工

49太歲

 

　　經過十年規劃、改革與測試，全球最大的微中子觀測站—冰塊微中子觀測站（IceCube Neutrino Observatory）在2010年12月19日放下最後一串光學偵測器後，終於完成建造工作，準備全面投入微中子觀測實驗。

　　冰塊微中子觀測站位在美國南極Amundsen-Scott南極測站，直接利用南極大陸的冰層向下開挖放置偵測器，整個觀測站涵蓋體積達1立方公里，因此有IceCube的稱呼。在這立方公里的冰層體積內，總共放置了86串、總計達5,160個的光學偵測器，每一串的長度長達2公里左右。與其他大型科學計畫不同，冰塊微中子觀測站是邊建造、邊收集資料，從2005年初開始至今，其實已經記錄到多次微中子事件。隨著每年偵測器數量的成長，記錄資料的品質也愈來愈好，記錄到的次數也愈來愈多。

　　在世界的底端進行觀測有許多好處，因為南極大陸世界上最冷、風最強但卻最乾燥的地方。來自宇宙某些特別天象產生的微中子，是一種所謂的「次原子粒子（sub-atomic particle）」，基本上幾乎沒有質量且幾乎不與一般物質作用，但科學家偶爾還是能捕捉到微中子與一般物質反應後產生的光；冰塊觀測站的光學偵測器深埋在冰層內，便是記錄微中子和水冰分子撞擊所產生的微光。

　　某些微中子來自太陽，某些微中子則來自宇宙線（cosmic ray）和地球大氣交互作用的結果，另外如超新星爆炸這樣的劇烈天文現象也會產生微中子。微中子發現於1956年，雖然很難捕捉，但天文學家們希望能藉由微中子所攜帶的訊息，瞭解遙遠天體的性質。

　　觀測站的計畫及觀測器軟硬體開發，主要是由威斯康辛大學麥迪遜校區（University of Wisconsin–Madison）負責。其中一項非常重要的設備是強化熱水鑽頭（Enhanced Hot Water Drill）功率高達4.8 百萬瓦（megawatt），放置各串偵測器的冰洞深達2,452公尺，只需要不到2天就完成。冰洞鑽好後，專家得再花上約11小時將偵測器串垂墜到深約1,450~2,450公尺深處，每串偵測器上有60個偵測器，總共86串偵測器，每串頂端的地表儲存槽內還有4個偵測器組成所謂的「冰頂組（IceTop）」。冰塊觀測站最大的偵測器其實就是冰層本體，在約2公里的這個深度非常暗且不透明，讓偵測器可以偵測到高能微中子與水冰分子或原子撞擊時所產生的契忍可夫輻射（Cherenkov radiation）這種藍色微光。

　　在距離其他適合人類居住之地非常遙遠的南極大陸建設冰塊觀測站非常不易，人員、儀器、食物、偵測器零件都得利用能在冰上滑行的C-130貨機，從南極大陸海岸邊的McMurdo測站空運到南極，航程超過1280公里。這些空運工作只能利用每年11月到隔年2月進行，這是南極大陸每年短暫的「溫暖」夏天，而且陽光幾乎24小時照射，鑽孔及各項調度作業能全天候作業，工作效率最佳。（P.S.說「溫暖」，其實也僅有攝氏零下28度左右.....）

　　冰塊微中子觀測站完工是南極國際科學合作又一重要的里程碑，除了美國大學校際間的研究合作外，美國、比利時、德國、瑞典等國家間的研究合作與經費支援也很重要。一旦開始正式運作後，觀測資料將由整個IceCube分享團隊，團對成員除了前述國家的研究人員之外，還包含來自加拿大、日本、紐西蘭、瑞士和英國的研究成員。而美國能源部的勞倫斯‧柏克萊國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）則負責最主要的偵測器核心零件的設計與建造。


《 本帖最後由 49太歲 於 2011-1-31 16:25 編輯 》