耶鲁大学的物理学家参与了南极点的两项国际研究合作—— IceCube Collaboration 与 DM-Ice——这两项合作近期公布了有关宇宙中微子及暗物质本质的新观测结果。
IceCube Collaboration的科学家公布了宇宙中微子探测的新成果。IceCube实验装置埋于南极冰盾表面以下2450米处，已探测到源自银河系之外的μ子中微子——这种亚原子粒子几乎不受其他物质干扰地穿行于宇宙之中。此次观测包括从地球北半球方向观测到的一些有史以来能量最高的中微子。
研究成果已发表于《物理评论快报》期刊。
中微子从未被直接观测到。IceCube是一个十亿吨级粒子探测器，位于阿蒙森-斯科特南极站附近，它观测的是中微子与南极冰层相互作用产生的次级产物。探测器每年记录约10万个中微子，其中大部分由宇宙射线与地球大气层相互作用产生。这些相互作用还会产生数十亿个大气中微子。在本研究中，研究人员识别出约10个源自宇宙的高能中微子，它们可能产生于宇宙其他地方的大质量恒星爆炸或黑洞。
“南极点的南极冰是进行实验的绝佳场所，” Reina Maruyama，是耶鲁大学物理学助理教授、IceCube长期合作者，曾参与IceCube探测器的建造与调试，并表示：“在该深度，冰层洁净透明，有利于探测中微子相互作用所产生粒子发出的光。冰层还能有效屏蔽本底干扰，为暗物质搜寻提供了有效的屏蔽。”
DM-Ice探测器之一在南极点部署，从左至右为：Albrecht Karle、Freija Descamps（前排）、Michael Carson、Perry Sandstrom和Reina Maruyama。
Maruyama是直接探测暗物质实验DM-Ice的发言人。DM-Ice与IceCube一同位于南极冰盾之中，旨在探测弱相互作用大质量粒子（WIMP）暗物质信号的年度调制。在 一篇论文 （该论文本周在国际 TAUP会议上发表），DM-Ice回应了早先名为DAMA的实验中关于观测到暗物质信号的最长期主张之一。
DM-Ice表明，年度调制信号不太可能由大气中产生的μ子及相关仪器本底所解释。这一发现使科学家离理解DAMA所产生的数据更近了一步。
耶鲁大学的其他参与本项工作的DM-Ice合作者包括研究生Walter Pettus、Antonia Hubbard、Zack Pierpoint，博士后研究员Matt Kauer和Kyungeun Lim，以及耶鲁本科生Nikita Dutta和Field Rogers。
IceCube总部设在威斯康星大学麦迪逊分校的威斯康星IceCube粒子天体物理中心。该国际合作团队包括来自美国、德国、瑞典、比利时、瑞士、日本、加拿大、新西兰、澳大利亚、英国、韩国和丹麦的300名物理学家和工程师。DM-Ice的开发与分析由 Yale Wright Laboratory牵头。DM-Ice共有25名合作者。
IceCube中微子天文台和DM-Ice的建设得到美国国家科学基金会（NSF）的资助，其运行则持续获得NSF、Alfred P. Sloan Research Foundation以及参与机构的支持。
本文与 耶鲁大学合作发布。刊发本文并不意味着世界经济论坛认同其中观点。
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作者：Jim Shelton，为耶鲁大学撰稿。
图片：加拿大北极地区埃尔斯米尔岛上的尤里卡海峡（Eureka Sound），取自NASA“冰桥”行动（Operation IceBridge）的勘测图片。REUTERS/NASA/Michael Studinger/Handout
