編譯 姚人杰

科學(xué)家將一條金屬纜索上的36只球形光探測器放入俄羅斯貝加爾湖水下2 300英尺（約合701米）深的地方，而這僅僅是正在建造的水下中微子探測器的一部分設(shè)施

俄羅斯貝加爾湖上撲通一聲，一個像充氣沙灘球那般大小的玻璃圓球掉進(jìn)冰面上的一個洞里，帶著一根金屬纜索，墜向世界最深的湖泊底部。

一個接著一個的圓球被放入湖中。這些球形光探測器最終被懸吊在漆黑一片的湖底深處。同一根金屬纜索上共掛有36只這樣的圓球，它們彼此相隔50英尺（約合15.24米）。貝加爾湖最深處超過一英里（約1.61千米），沿著它犬牙交錯的南岸線，在離岸邊兩英里遠(yuǎn)的水面上一共有64根這樣的纜索，依靠鐵錨和浮標(biāo)布置就位。

正在建造的是一臺望遠(yuǎn)鏡，也是北半球的同一類望遠(yuǎn)鏡中規(guī)模最大的一臺，用來探索黑洞、遙遠(yuǎn)的星系、恒星爆炸后的遺留物（依靠搜尋中微子來尋找）。中微子是極其微小的宇宙粒子，每秒都有數(shù)以萬億計的中微子穿過我們的身體。科學(xué)家相信，要是我們能學(xué)會解讀中微子蘊(yùn)含的信息，我們就能繪制宇宙及其歷史的圖表（以我們還無法透徹領(lǐng)悟的方式）。

俄羅斯物理學(xué)家格里戈里·多莫加茨基（Grigori Domogatski）今年80歲，已經(jīng)尋求建造這臺水下望遠(yuǎn)鏡有40年之久?！坝肋h(yuǎn)不應(yīng)該錯過向大自然詢問任何問題的機(jī)會。”他停頓一下后補(bǔ)充道，“你永遠(yuǎn)不知道你會獲得什么答案。”

設(shè)施仍然在建造中，但多莫加茨基和其他科學(xué)家長久以來夢寐以求的這臺水下望遠(yuǎn)鏡離給出結(jié)果近在咫尺，比以往任何時候都更為接近。而且，對于來自宇宙遙遠(yuǎn)區(qū)域的中微子的這番搜尋橫跨地緣政治和天體物理學(xué)的不同時期，清楚展現(xiàn)了俄羅斯如何設(shè)法維持部分科研實力和這份遺產(chǎn)的局限。

貝加爾湖的水下望遠(yuǎn)鏡項目不是全球唯一一個在人煙罕至之處搜尋中微子的努力。遍布全球各地的實驗室中，共有數(shù)十臺儀器在尋找中微子。但俄羅斯的這個新工程會是對全球最大的中微子望遠(yuǎn)鏡“冰立方”研究工作的重要補(bǔ)充。（“冰立方”是由美國領(lǐng)導(dǎo)、耗資2.79億美元的科研項目，位于南極洲。）

“冰立方”采用類似于貝加爾湖望遠(yuǎn)鏡的光探測器網(wǎng)格，于2017年識別出中微子，科學(xué)家說該中微子可能來自一個超大質(zhì)量黑洞。那是科學(xué)家首次確定來自太空的高能粒子雨（也被稱為宇宙射線）的來源，是中微子天文學(xué)這個仍處于初期的學(xué)科分支的一次突破。

該領(lǐng)域的研究者相信，隨著他們學(xué)會利用中微子來解讀宇宙，他們能做出意料之外的新發(fā)現(xiàn)——就像首個開發(fā)出望遠(yuǎn)鏡的磨鏡師不可能想象到伽利略后來會利用望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)木星的衛(wèi)星一樣。

“這就像望著夜空，看到一顆星星?！蓖箍敌谴髮W(xué)麥迪遜分校的天體物理學(xué)家、同時也是“冰立方”項目主管的弗朗西斯·哈爾岑（Francis L. Halzen）在一次電話采訪中形容搜尋幽靈粒子行動的當(dāng)前狀況時說道。

蘇聯(lián)科學(xué)家的早期研究工作幫助哈爾岑博士在20世紀(jì)80年代產(chǎn)生靈感——在南極冰層里建造一臺中微子探測器。如今，哈爾岑博士說他的研究團(tuán)隊相信，“冰立方”可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)從太空深處抵達(dá)地球的中微子的另外兩個來源——但還難以確認(rèn)，因為沒有其他團(tuán)隊探測到這些中微子。他希望隨著貝加爾湖水下望遠(yuǎn)鏡擴(kuò)大規(guī)模，局面會在未來幾年內(nèi)改觀。

哈爾岑博士說：“我們必須保持特別謹(jǐn)慎的態(tài)度，因為目前沒人能驗證我們的研究。 有另一個實驗與我們互動和交換數(shù)據(jù)會讓我很興奮?！?/p>

早在20世紀(jì)70年代，盡管美蘇兩國在冷戰(zhàn)，但兩國科學(xué)家還是攜手合作，計劃在夏威夷海岸外建設(shè)全球首個深水中微子探測器。然而，在蘇聯(lián)入侵阿富汗之后，蘇聯(lián)人被踢出該項目。1980年，在多莫加茨基的帶領(lǐng)下，位于莫斯科的核研究所開始自行嘗試建設(shè)中微子望遠(yuǎn)鏡。合適的建設(shè)地點(diǎn)似乎很明顯，那便是貝加爾湖，盡管它離莫斯科大約2 500英里（4 000多千米）。

在蘇聯(lián)解體之前，在籌劃和設(shè)計之外，項目并未有太多進(jìn)展。巨變讓蘇聯(lián)的許多科學(xué)家陷入貧困，他們的努力也陷入混亂。但是，柏林城外的一家科研機(jī)構(gòu)——不久后變成德國電子加速器（DESY）粒子研究中心的一部分——加入了貝加爾湖中微子望遠(yuǎn)鏡的項目。

那時領(lǐng)導(dǎo)德國團(tuán)隊的克里斯蒂安·施皮林（Christian Spiering）回憶說，當(dāng)時他們從德國運(yùn)送數(shù)百磅的黃油、白糖、咖啡和香腸過去，這些物資就是每年冬季去貝加爾湖冰面上考察之旅的給養(yǎng)。他也給莫斯科送去價值數(shù)千美元的現(xiàn)金，用作俄羅斯科學(xué)家微薄工資之外的補(bǔ)貼。

俄羅斯物理學(xué)家格里戈里·多莫加茨基在40年里領(lǐng)導(dǎo)了尋求建造這處觀測設(shè)施的計劃

水下望遠(yuǎn)鏡位于貝加爾湖南岸之外約三千米遠(yuǎn)的冰面上

科學(xué)家葉夫根耶·普利斯可夫斯基（Yevgeny Pliskovsky）在貝加爾湖岸上的一座建筑里監(jiān)測數(shù)據(jù)

一輪冉冉升起的太陽照在貝加爾湖上。冬季的湖面覆蓋了近1米厚的冰層，成為安裝水下光電倍增器陣列的理想平臺

科研人員在一輛面包車內(nèi)飲茶休息

浮標(biāo)等待著與球形光探測器逐一配對，然后再沉入冰面之下

多莫加茨基博士和他的研究團(tuán)隊有著一股韌勁。施皮林博士回憶說，當(dāng)時一家立陶宛的電子器件制造商不肯接受盧布付款，一位俄羅斯的物理學(xué)家在協(xié)商后，用火車運(yùn)了一車皮的西伯利亞紅松木來付款。

在一次和施皮林博士的交談中，多莫加茨基博士曾將他手下的科學(xué)家比作是俄羅斯諺語中的青蛙，那只青蛙掉進(jìn)一大桶牛奶里，想要活下來只有一個法子：“它得不斷動彈，直至那桶牛奶被攪成黃油。”

到20世紀(jì)90年代中期，俄羅斯研究團(tuán)隊已經(jīng)設(shè)法識別出“大氣”中微子——那些由地球大氣層中的粒子碰撞產(chǎn)生的中微子——但沒有探測到從外太空來到地球的中微子。要實現(xiàn)后者，就需要更大的探測器。隨著普京總統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)的俄羅斯在21世紀(jì)初重新向科學(xué)研究投入資金，多莫加茨基博士成功爭取到三千多萬美元的資金，用于在貝加爾湖下建造一臺像“冰立方”一樣大的新望遠(yuǎn)鏡。

貝加爾湖的最大深度達(dá)到一英里（約1.61千米），擁有全世界最為清澈的淡水，還恰好有一條沙皇時期建設(shè)的鐵路繞過湖泊南岸。最為重要的一點(diǎn)是，冬季的貝加爾湖被三英尺（近1米）厚的冰層覆蓋：對于安裝水下光電倍增器陣列來說，這是大自然賦予的理想工作平臺。

“貝加爾湖仿佛是為這類研究而生的?！表椖康目蒲腥藛T拜爾·沙伊博諾夫（Bair Shaybonov）說道。

工程建設(shè)于2015年開始，第一階段包括懸吊于湖泊深處的2 304個球形光探測器，按照計劃，等到2021年4月冰層融化時就能完工。（這些球體年復(fù)一年始終懸吊在水中，探測中微子，通過水下光纜，發(fā)送數(shù)據(jù)給位于湖岸基地處的科學(xué)家。）

貝加爾湖望遠(yuǎn)鏡是在向下觀測，就像鏡筒穿過整個地球，從地球?qū)γ嫔斐鰜?，對?zhǔn)銀河系中心和遠(yuǎn)方，本質(zhì)上是將地球當(dāng)作巨大的篩子來使用。大多數(shù)情況下，擊中地球另一面的更大粒子最終會與原子相撞。但幾乎所有中微子——每秒鐘有一千億個中微子穿過你的指尖——會繼續(xù)前行，基本上始終沿著一條直線。

然而，當(dāng)一個中微子極其罕見地?fù)糁兴械脑雍藭r，它會產(chǎn)生圓錐形的藍(lán)光，科學(xué)家稱之為切連科夫輻射。這個效應(yīng)是由蘇聯(lián)物理學(xué)家帕維爾·切連科夫（Pavel A.Cherenkov）發(fā)現(xiàn)的，他也是多莫加茨基博士在莫斯科核研究所的前同事，兩人曾在同一條走廊旁的辦公室工作。

許多物理學(xué)家相信，假如你花費(fèi)數(shù)年時間監(jiān)測十億噸深層水體，尋找不可思議、屬于切連科夫輻射的微小閃光，你最終會發(fā)現(xiàn)一些能夠追溯至宇宙暴發(fā)的中微子，這些中微子是數(shù)十億光年之外的宇宙暴發(fā)事件放射的。

圓錐形藍(lán)光的方向甚至能揭示引起藍(lán)光的中微子的準(zhǔn)確方位。中微子不帶電荷，不會受到星際、星系際磁場及其他作用的影響，而諸如質(zhì)子和電子等其他種類的宇宙粒子就會受到上述影響，路徑會受到擾亂。中微子會如愛因斯坦引力論所允許的那樣筆直穿過宇宙。

這個特征使得中微子對于宇宙最早期、最遙遠(yuǎn)和最猛烈事件的研究價值巨大。中微子能夠幫助解釋其他謎團(tuán)，譬如質(zhì)量遠(yuǎn)大于太陽的恒星坍縮成直徑約為12英里（近20千米）、超密的中微子球，并放射出巨量中微子時，都發(fā)生了什么。

多莫加茨基博士談起中微子時說：“中微子穿越宇宙，實際上從不與任何東西、任何人相撞。對于它而言，宇宙是透明的。”

貝加爾湖南端的一座舊鐵路建筑被改造成食堂，供在觀測設(shè)施工作的科學(xué)家用餐

貝加爾湖的冰面上呈現(xiàn)的圖案

2月和3月，項目組的60名科學(xué)家都要在貝加爾湖營地里安裝和維修部件

因為貝加爾湖望遠(yuǎn)鏡實質(zhì)上是透過地球觀測遠(yuǎn)方，所以它研究的實際上是南半球的天空。這使得它成為位于南極洲的“冰立方”的良好補(bǔ)充，而歐洲國家在地中海中建設(shè)的項目（目前處在建設(shè)初期）也是如此。

“我們需要在北半球有一個類似‘冰立方’的設(shè)施?！笔┢ち植┦空f道，他同時參與了“冰立方”和貝加爾湖項目。

多莫加茨基博士說，他的研究團(tuán)隊早已與其他地方的中微子搜尋團(tuán)隊交換數(shù)據(jù)，而且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了能支持“冰立方”團(tuán)隊結(jié)論（關(guān)于來自外太空的中微子）的證據(jù)。然而，他承認(rèn)，在近乎實時識別中微子所必需的計算機(jī)軟件開發(fā)方面，貝加爾湖項目遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他團(tuán)隊。

縱然項目意義重大，但它的運(yùn)作仍然僅僅依靠一筆金額很小的預(yù)算，每年的2月和3月，水下望遠(yuǎn)鏡項目組將近60名科學(xué)家?guī)缀醵家谪惣訝柡I地里安裝和維修部件。相比之下，“冰立方”項目共有約300名科學(xué)家參與，其中大多數(shù)人從未去過南極。

這段日子里，多莫加茨基博士不再參加每年冬季的貝加爾湖考察行程。歷經(jīng)蘇聯(lián)時期、混亂的90年代和普京統(tǒng)治下的20多年，他仍然在蘇聯(lián)時期的核研究所工作，夢想尋找到中微子。

“假如你承擔(dān)一個項目，你必須明白，無論發(fā)生任何情況，你必須將它變成現(xiàn)實?！倍嗄哟幕┦坑昧η么蜣k公桌，以示強(qiáng)調(diào)，“要不然的話，就算啟動項目也毫無意義。”

資料來源 The New York Times