極高能量的宇宙射線從何而來？高能微中子透露線索

另一方面，標定高能微中子的來源，對於宇宙射線的研究至關重要。科學家早在1912年就偵測到宇宙射線，但是一直無法參透：這種極高能量的粒子流是如何產生？原因在於宇宙射線帶有電荷，行進路徑會被磁場（例如地球的磁場）偏移，其來源難以確認。現在科學家能夠判定高能微中子是來自何方，和它相伴相生的宇宙射線「身世」也將無所遁形。天體物理學家葛蘭特（Darren Grant）形容，這就像科學家過去100年來都是「閉著眼睛聽打雷」，耳邊隆隆作響，但是不知道雷聲是如何產生。偵測到高能微中子的來源之後，科學家終於打開眼睛，看到與雷聲相伴的閃電。以去年9月22日現蹤的這顆微中子而言，就是讓科學家探知40億年前出現在40億光年外的獵戶座「耀變體」，其中一道宇宙射線衝著地球而來。南極冰立方微中子觀測站（IceCube Neutrino Observatory）（Icecube/NSF）

如何偵測微中子？等它撞擊原子核並放出藍光

之所以要如此大費工夫，原因在於微中子的「幽靈特質」讓它神龍見首不見尾，因此微中子感測器必須浸入水中或者埋入冰層，以濾除其他宇宙粒子造成的雜訊。微中子唯有在撞擊到某個原子核並產生帶電粒子，放出一道藍光，才有可能被偵測到。機率多高？從原子層面來看，我們熟悉的物質其實絕大部分是「空間」，就算將一個氫原子放大到地球的規模，其中心的質子只相當於一座足球場，電子更小，而微中子只有一隻螞蟻大小。因此儘管微中子在宇宙的豐度僅此於光子（photon），但是偵側它絕非易事，偵側高能微中子更是難上加難。微中子與冰分子的交互作用（Nicolle R. Fuller/NSF/IceCube）「冰立方」計畫的最新成果不但代表「高能微中子天文學」揭開新頁，也是「多信使天文學」（multimessenger astronomy）的絕佳範例，全球1000多位研究人員投入，進行各種波長──電磁波、重力波、微中子──的觀測，為一個天文學上最強而有力的現象──耀變體──驗明正身：原來它就是宇宙射線的粒子加速器（particle accelerator）。高能微中子全球觀測（Nicolle R. Fuller/NSF/IceCube）