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美國佐治亞州薩凡納市——在南極的地下實驗中，現在發現了三個有史以來能量最高的微中子，這些粒子可能是在宇宙中最劇烈的爆炸中產生的。這些微中子的能量都處於極其誇張的拍電子伏特級別——大致相當於一百萬倍質子質量的能量。（正如阿爾伯特·愛因斯坦在他著名的E = mc2公式中所表明的那樣，能量和質量是等效的，如此大量的質量轉化為極端的能量水平。）這個名為冰立方的實驗報告說，發現了前兩個——暱稱為厄尼和伯特——去年，並在週一在這裡舉行的美國物理學會會議上宣佈了第三個。“在內部，它被稱為大鳥，”威斯康星大學麥迪遜分校的冰立方物理學家克里斯·韋弗說。
這些微中子之所以有價值，是因為它們非常不合群，很少與其他粒子相互作用，並且不帶電，因此它們的運動方向永遠不會受到宇宙中磁場的影響。因此，它們的軌跡應該直接指向它們的來源，天文學家認為這可能是各種強烈的事件，例如巨大的黑洞吸積物質、被稱為伽瑪射線暴的爆炸或以驚人速度形成恆星的星系。
這種不相互作用的傾向也使得微中子極難被探測到。冰立方實驗尋找微中子在南極地下埋藏的一立方公里冰中與原子發生碰撞的極少情況。這種遮蔽對於過濾掉來自其他粒子的碰撞是必要的，但不會抑制微中子。該實驗利用了那裡天然純淨的冰，使用了一個延伸到地下大峽谷深度兩倍的區域。數千個光探測器嵌入冰中，以捕捉到微中子被捕獲時產生的微小光點。這種相互作用是如此罕見，以至於冰立方研究人員不得不搜尋兩年才能找到這三個高能微中子。在那段時間裡，該儀器還檢測到34個能量稍低的微中子。其中一些微中子被認為是當被稱為宇宙射線的帶電粒子撞擊地球大氣層時產生的汙染物，但冰立方的一部分收穫可能直接來自宇宙中的劇烈過程。這些粒子被稱為天體物理微中子。“看起來我們已經獲得了天體物理微中子的有力證據，”威斯康星大學麥迪遜分校的物理學家、冰立方團隊成員阿爾布雷希特·卡爾說。
宇宙射線本身就是一個謎。其中能量最高的那些被認為起源於產生天體物理微中子的相同過程。然而，由於宇宙射線（儘管名字如此，但實際上是高能粒子）是帶電的，它們透過磁場在宇宙中沿著彎曲的路徑傳播。因此，它們不會保留關於它們來自哪裡資訊。研究微中子是一種嘗試瞭解高能宇宙射線起源的方式，這些宇宙射線在某種宇宙粒子加速器中以接近光速的速度加速。這到底是如何發生的，這是一個懸而未決的問題，它表明了我們對宇宙中最劇烈的過程的瞭解是多麼的不足。“這是我們世紀最大的謎團，”芝加哥大學卡弗裡宇宙物理研究所的宇宙射線研究員藤井俊弘說。藤井沒有參與冰立方專案，但他說它的發現將有助於他理解宇宙射線的目標。
關於高能微中子和宇宙射線的一個爭論是，它們是來自銀河系內的還是銀河系外的來源——換句話說，它們是起源於我們銀河系內部還是外部？大多數理論傾向於銀河系外的來源，例如活動星系核——其他星系中心的超大質量黑洞正在吞噬物質。另一種選擇：伽瑪射線暴，宇宙中已知的最亮的爆炸，可能發生在某些超新星期間或當兩顆中子星合併時。或者，這些粒子可能是星系碰撞的副產品，透過它們的氣體傳送衝擊波，導致恆星以驚人的速度形成。甚至有可能暗物質，這種無形的物質在宇宙中遠遠超過普通物質，正在以某種方式產生宇宙射線和高能微中子。
根據這 37 個微中子撞擊冰立方時行進的方向，它們中很少有似乎起源於銀河系平面，即銀河系最稠密的部分。這表明它們來自我們銀河系之外。“一些最有趣的事件遠離銀河系平面，”冰立方研究員、威斯康星大學麥迪遜分校的內森·懷特霍恩說。“純粹的銀河系解釋很難成立。”
隨著實驗在未來幾年收集更多高能微中子，冰立方在天空中的微中子源地圖將得到改進。科學家們特別感興趣的是，冰立方觀測到的任何粒子是否可以追溯到已知的宇宙物體，例如可見的活動星系核或伽瑪射線暴。“直到今天，我們沒有任何證據表明與已知來源有任何關聯，”威斯康星大學麥迪遜分校的另一位冰立方合作者倉橋奈緒子說，“但這在列表中排名很高。”