超级神冈德的地下储罐必须排干，以便进行重大维修工作

每隔几秒钟，在可观测宇宙的某个地方，就会有一颗大质量恒星坍缩并释放出超新星爆炸。物理学家说，日本的超级神冈天文台现在可能正在从这些大灾难中收集稳定的微中子，相当于每年探测到几次。

这些微小的亚原子粒子对于理解超新星内部发生的事情至关重要:因为它们从恒星坍缩的核心中蹦出来，穿越太空，它们可以提供在极端条件下发生的任何潜在新物理现象的信息。

上个月在意大利米兰举行的“中微子2024”会议上，东京大学的物理学家原田雅之透露，超新星中微子的第一个线索似乎是从超级神冈探测器每天从其他来源收集的粒子的杂音中出现的，比如撞击大气层的宇宙射线和太阳核心的核聚变。东京大学(University of Tokyo)物理学家、该实验(通常被称为Super-K)的发言人中畑正之(Masayuki Nakahata)表示，这个结果“表明我们开始观察到一个信号”。但是Nakahata警告说，在956天的观测中收集到的支持数据仍然非常薄弱。

难以捉摸的粒子

中微子很难被捕捉到。大多数光线像穿过玻璃一样穿过地球，超级k只捕捉到穿过它的一小部分光线。即便如此，探测器还是有很大的机会从超新星中捕捉到中微子，因为宇宙中应该充满了中微子。一颗恒星的坍缩释放出数量惊人的这些粒子(估计大约有1058个)，产生天体物理学家所说的弥散超新星中微子背景。

但到目前为止，还没有人能够探测到这种背景。中微子只有一次被确定地追溯到一颗坍缩的恒星——1987年，Nakahata是使用神冈ii探测器(Super-K的前身)发现这些粒子的研究人员之一。这一发现之所以成为可能，是因为这颗超新星发生在大麦哲伦星云(Large Magellanic Cloud)，这是一个矮星系，距离地球足够近，爆炸恒星的中微子可以大量到达地球。

2018 - 2020年，位于本州岛中部Hida附近一公里岩石下的Super-K探测器进行了一次简单但重要的升级，旨在提高其区分超新星中微子和其他粒子的能力。Super-K探测器是一个装有5万吨纯净水的容器。

当一个中微子——或者更准确地说，是它的反粒子，一个反中微子——在水中与一个质子碰撞时，这个质子可以转化成一对其他粒子，一个中子和一个反电子。当反电子在水中高速移动时，它会产生闪光，这些光会被排列在水箱壁上的传感器捕捉到。就其本身而言，这种闪光可能与来自许多其他来源的中微子或反中微子产生的闪光无法区分。

但在升级过程中，科学家向“超级k”的水中添加了一种钆基盐。这使得反中微子撞击水时产生的中子被钆核捕获，从而释放出第二次能说明问题的能量闪光。寻找超新星中微子的超级k物理学家寻找两个快速闪光序列，一个是由反电子产生的，另一个是由中子被捕获产生的。

解开宇宙之谜

Nakahata说，真正的超新星信号还需要几年的时间才能清晰地出现，因为双重闪光信号可能来自其他中微子源，包括宇宙射线撞击大气层产生的中微子。但他补充说，到超级k计划于2029年关闭时，它应该已经收集了足够的数据来做出可靠的声明。

一个更大的实验被称为“超级神冈”，计划在2027年左右完成，可能会大大改善“超级k”的结果。最初，Hyper-K将充满纯水，但“探测器的所有组件都经过测试，与钆兼容”，稍后可以添加钆，伦敦国王学院的物理学家、该项目的联合发言人弗朗西斯卡·迪·洛多维科(Francesca Di Lodovico)说。

Nakahata说，表明几十亿年前发生的遥远超新星产生的中微子仍然存在，将证实中微子是稳定的粒子，不会衰变成其他东西。这是物理学家长期以来一直怀疑的，但一直无法明确证明的事情。

Harada说，测量超新星中微子能量的全谱也可以提供在宇宙历史的不同时期有多少超新星爆炸的线索。此外，它还可以揭示有多少恒星坍缩形成了一个黑洞——这将阻止中微子的发射——而不是留下一颗中子星。

亚特兰大佐治亚理工学院的物理学家、南极冰立方中微子观测站的发言人伊格纳西奥·塔博达(Ignacio Taboada)说，来自超级k的数据仍然太弱，不足以宣布发现，但探测到弥散中微子的前景“非常令人兴奋”。“中微子将为宇宙中恒星形成的历史提供一个独立的测量方法。”