冰上的中微子:發射氣球

編者按:歡迎來到 ANITA,南極脈衝瞬態天線!從 10 月到 12 月,Katie Mulrey 將與 ANITA 合作團隊前往南極洲,建造和發射 ANITA III,這是一個科學氣球,它利用整個南極大陸進行中微子和宇宙射線探測。

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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,Katie Mulrey 將與 ANITA 合作團隊前往南極洲,建造和發射 ANITA III,這是一個科學氣球,它利用整個南極大陸進行中微子和宇宙射線探測。這是系列文章中的第六篇,“冰上的中微子”,記錄了這項工作。

發射日終於到了。風力很小,而且天氣預報預示著一次偉大的中微子探測氣球發射。這是 ANITA 第六次嘗試發射。每個人都非常願意送別氣球。在氣球和有效載荷升空之前,科學團隊在發射日幾乎無事可做。發射由CSBF的索具、電子和天氣團隊負責。

氣球是從一輛名為“The Boss”的巨型車輛上發射的,飛行所需的一切都以長長的直線排列在其後。首先是 The Boss 用起重機吊起有效載荷。接下來是一個降落傘,用於在飛行結束後將有效載荷帶回地面。連線到降落傘的是氣球(在上圖中以粉紅色包裝紙包裹可見)。氣球由類似於塑膠購物袋的材料製成,因此非常脆弱!一旦它從包裝紙中取出,就無法回頭了,因為試圖重新包裝氣球可能會造成一些損壞。我們正在等待包裝紙被開啟的訊息。那時我們就知道發射迫在眉睫。


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只有氣球的頂端充滿了氦氣。這足以將兩噸重的 ANITA 提升到 36 公里的高度,在那裡它將採集資料。一旦氣球上升到較低密度的大氣層,整個氣球將膨脹到足球場大小。氦氣透過兩根長塑膠管注入氣球,並在新增正確的量後將其繫緊。那個氣球可以抬起整個有效載荷,因此在發射前需要做大量工作才能將其保持在地面上。

在發射時,“The Boss”開始沿著風向推動氣球和有效載荷。它鬆開了有效載荷,氣球開始在空中上升。時間很難掌握!如果握住有效載荷的時間太長,氣球會拉得太猛,可能會撕裂。太早放手,又會把有效載荷掉到雪地上。真是太刺激了!當我們看到氣球飄走時,大家都歡呼雀躍。

現在是資料時間。ANITA 上有不斷寫入資料的硬碟,但在飛行結束後才能訪問,而且只有在有效載荷可以回收的情況下才能訪問。(在某些情況下,有效載荷會落入水中或被雪覆蓋,因此我們無法獲得。)我們記錄了大量的無線電訊號資料,其中只有一小部分是真正的中微子或宇宙射線。我們透過衛星傳送我們認為可能非常重要的資料。在飛行開始時,我們還可以“視線”訪問氣球,這意味著在氣球越過地平線之前,我們可以透過無線電通訊直接與儀器對話。此後,我們完全依賴衛星通訊。ANITA 合作者全天候 24/7 觀看資料流,以檢視一切是否正常工作。我們監控儀器的溫度、電壓和電流水平以及傳入的無線電資料的圖表。

如果來自我們 48 個天線的訊號以正確的方式匹配,我們就知道我們有一箇中微子!我們在飛行後的幾個月裡仔細分析資料,以確保我們知道自己看到了什麼。ANTIA 幾乎繞南極洲轉了一圈。如果我們幸運的話,我們可能會再轉兩圈。我們收集的資料越多,就越好。

長期以來,我們都認為 ANITA 是一個龐大的科學儀器,在我們面前聳立著。它漂浮在空氣中看起來是如此之小。令人驚奇的是,這個有效載荷將揭示地球上能量最高的粒子。

Katie Mulrey received a B.S. in Physics and Mathematics at the University of Mary Washington in 2008. She is now in the final phase of her Ph.D. work in High Energy Particle Astrophysics at the University of Delaware. Katie is a part of the ANITA collaboration and is heading to Antarctica to participate in the 2014 ANITA balloon campaign, which will probe the highest energy processes in the universe.

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