IceCube公布首度搜寻太阳大气微中子的结果是:还没找到!

IceCube公布首度搜寻太阳大气微中子的结果是:还没找到!

位在南极大陆的冰块微中子天文台(或译冰立方微中子天文台,IceCube)是第一个搜寻太阳大气微中子(atmospheric neutrino)的实验,这对瞭解太阳磁场以及宇宙线(cosmic ray)如何在内太阳系穿行有很重要的作用,甚至可以提供有关太阳暗物质研究的讯息。经过7年的奋斗,IceCube研究人员仍没有侦测到任额太阳大气微中子,不过还是可藉此设定太阳大气微中子通量的上限,未来可朝此方向继续研究。

微中子是质量极轻、几乎不与其他物质交互作用的粒子,因此极难捕捉,致使科学家迄今对其性质仍不甚清楚;但其含量非常丰富,每秒钟都有数以兆计的微中子穿过你的身体,其中大多是宇宙线这些来自外太空的高能粒子和地球大气中的原子核交互作用时产生的次级粒子簇(secondary particle shower),这种过程产生的次级粒子称之为「大气微中子」。但这种交互作用过程并不是地球独有的,离我们最近的恆星—太阳,也有大气层!当宇宙线穿过太阳大气时,同样会与原子核交互作用而产生次级粒子簇,进而产生可以在地球上侦测到的伽马射线(γ ray)和微中子。近期,Fermi-LAT太空望远镜已经观测到来自太阳的伽马射线,至于宇宙线与太阳大气交互作用产生的微中子则无所踨。

地球和太阳的大气微中子主要差异之一,就是交互作用发生时的大气密度不同。对能量高于10^12电子伏特(teravolt,兆电子伏特)的高能微中子而言,科学家预期太阳大气微中子通量会大于地球大气;刚好,IceCube的工作波段恰好涵盖这个范围。

南韩首尔成均馆大学(Sungkyunkwan University)Seongjin In等人研究2010~2017年间太阳角距在IceCube环形阵5度以内的资料,然后评估这些资料是否只能以背景预测值来解释,如果微中子能量分布状况和角距与他们预期的不同,那麽很可能代表有些微中子是太阳大气製造出来的。不过可惜的是他们最终都没有取得太阳大气微中子的证据,观测结果只与背景预测相符。In等人还是由此估计太阳大气微中子通量的上限,这是科学家第一次获得太阳大气微中子通量的上下限,可让未来的相关研究缩减搜寻范围,减少不必要的浪费。

没侦测到太阳大气微中子,In等人并不气馁,因为他们认为:或许是观测的时机不对,才会没有侦测到太阳大气微中子。如果微中子通量调变方式与伽马射线类似,那麽太阳大气微中子的通量将会在太阳活动极小期时增加,那麽在2020年前后的太阳极小期,IceCube应该就可以侦测到太阳大气微中子了。

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