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編者按：歡迎來到ANITA，南極脈衝瞬態天線！從10月到12月，凱蒂·穆爾雷將與ANITA合作團隊一同前往南極洲，建造併發射ANITA III，這是一個科學氣球，它利用整個南極洲進行中微子和宇宙射線探測。這是“冰上的中微子”系列文章的第二篇，“冰上的中微子”，記錄了這項工作。
現在，在銀河系的某個地方，一個質子正在穿過超新星遺蹟衝擊波，在極端的磁場中反彈，獲得能量和速度。最終，質子將獲得足夠的能量逃離遺蹟，並在星系中傳播。它甚至可能朝地球飛來！如果我們幸運的話，它會撞擊我們的大氣層，產生數百萬粒子的陣雨，等待著一個即將發射到南極洲上空的大型氣球來探測。
有關高能宇宙射線和中微子的資訊揭示了宇宙中現在神秘的過程。什麼自然現象可以產生如此高能量的粒子？它們在地理上位於何處？我們可以看到多少高能粒子？這些資訊將引領下一代高能天體粒子物理學。
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中微子和宇宙射線以驚人的速度在宇宙中傳播。中微子是自然界的基本粒子，是粒子物理學標準模型的一部分。中微子的名字意思是“中性的小傢伙”。顧名思義，中微子沒有電荷，因此很難檢測到。宇宙射線是帶電粒子，通常是質子或其他原子核，它們能量非常高，並以接近光速的速度傳播。宇宙射線是有史以來觀測到的能量最高的粒子（其能量遠遠高於粒子加速器中可以產生的任何能量），並且它們應該透過與宇宙大爆炸遺留下來的光——宇宙微波背景（CMB）相互作用產生幾乎同樣高能量的中微子。我們談論的是1019電子伏特範圍或更高的能量！幾乎不可能理解如此高的能量到底意味著什麼。我們看到的可見光往往在1電子伏特的數量級。一個1019電子伏特的質子具有與以每小時60英里速度投擲的棒球相同的能量！
這些粒子必須經歷極端的加速才能達到這些能量。低能量中微子和宇宙射線的來源是眾所周知的。例如，我們的太陽透過核聚變產生許多低能量中微子。我們每天不會過多地考慮中微子，但實際上，每秒鐘有650億個中微子穿過您的指甲！由於低能量的宇宙射線和中微子更為豐富，因此科學家對它們的來源和組成有了更好的瞭解。
高能中微子和宇宙射線提出了更大的問題。高能中微子和宇宙射線的起源尚不清楚，有關這些粒子的更多資訊將揭示宇宙中最具能量的過程：超新星、活動星系核、伽馬射線暴等。問題在於它們比低能量的對應物稀少得多，因此很難檢測到。為了檢測這些粒子，您要麼需要一個具有巨大檢測面積的望遠鏡，要麼需要大量的檢測時間，或者兩者都需要。
當宇宙射線進入大氣層時，它們與大氣中的粒子相互作用，產生粒子級聯，也稱為“空氣簇射”（見上圖）。當高能中微子穿過冰等緻密材料時，也會發生類似的現象。級聯發展產生電磁輻射，可以在許多波長中看到，包括光學和無線電頻譜。
為特定波長調整的探測器可用於檢測來自不同電磁頻譜部分的輻射的宇宙射線空氣簇射。進入ANITA，這是一種由48個天線組成的儀器，這些天線佈置在氣球有效載荷上，以掃描整個南極洲，尋找來自在冰中相互作用的中微子以及在大氣中相互作用並從冰中反射的宇宙射線的無線電訊號。大型檢測區域很難建造，因此我們利用大自然給予我們的東西——一大片冰，完美的無線電檢測！
到目前為止，已經進行了兩次ANITA飛行。兩者都檢測到了宇宙射線，並且對於中微子研究非常重要。這一切都引向了ANITA III，它於去年夏天首次在德克薩斯州巴勒斯坦的美國宇航局氣球設施中組裝（那裡的氣候與ANITA的最終目的地大相徑庭）。科學家們花了兩個月的時間來建造和測試這個實驗，這個實驗已經進行了多年。為了繼續進行，該儀器必須透過兩項測試。第一項測試是確保有效載荷不會在自身重量（接近2.5噸！）下散架！第二個測試是確保地面上的科學家可以在儀器在南極洲周圍飛行時與儀器進行通訊。該儀器在八月下旬通過了兩項關鍵測試。
那麼接下來會發生什麼？我們將其全部拆開：容納48個天線的30英尺高的吊艙結構、通訊裝置、大量的電纜和“儀器箱”（ANITA處理和記錄資料的核心）。所有東西都裝在巨大的集裝箱中，並運往南極洲南部，我們將在南半球夏季開始的10月下旬在那裡與它會合。
我們期望看到什麼？看到任何中微子絕對是太棒了。高能中微子領域正在發生兩件事：實驗變得越來越敏感，模型也在變得更好。ANITA的目標是彌合實驗和理論之間的差距。模型對我們期望看到的中微子數量設定了限制。如果我們在該限制範圍內沒有看到任何中微子，則意味著模型可能需要更改。從這個意義上講，任何訊息都是好訊息。如果我們看到中微子，我們可以確認並調整模型。如果我們沒有看到，我們可以對模型施加限制。但是，預計宇宙射線會很豐富。
這就是ANITA的概要。當我們組裝儀器時，我們將深入研究具體細節。同時，第一批合作者正在登上前往紐西蘭基督城的20多個小時的航班。該市設有南極服裝配送中心，您可以在那裡領取所有冬季服裝，包括巨大的靴子、臭名昭著的紅色外套、防風褲、帽子、手套等。它也是飛往麥克默多站所在的大陸一側的最佳地點。
在南方見！