站在南极点，仿佛置身于另一颗星球。若从美国国家科学基金会（National Science Foundation） 科考站的建筑群走出数百码，便会看到一片毫无特征的雪冰平原，方圆数百英里内几乎没有比微生物大的生物。由于没有任何声波可以在雪原上回荡，周围弥漫着一种诡异的寂静。人很容易陷入遐想，凝视这片荒凉的景色。但随即你会想起自己身处此地的理由：研究或许是世界上最奇特的望远镜，用以寻找自然界中最神秘的亚原子粒子。
每秒钟，有超过 10,000个高能粒子 ——质子与原子核——正落在地球大气层的每平方米上。其中一些粒子携带的能量，超过了最强大的粒子加速器——欧洲核子研究中心（CERN）的 大型强子对撞机中质子能量的一百万倍以上。所幸大气层吸收了其中大部分，但仍有少数散落粒子每秒穿过你的身体——正因如此，洲际航班机组人员被归类为 辐射工作人员。
科学家早在一个多世纪前就已发现这些被称为宇宙射线的粒子，那时尚未有 爱因斯坦的广义相对论 或 玻尔的原子量子力学模型 。然而，即便时至今日，尽管已有六项诺贝尔奖授予与宇宙射线相关的研究，我们仍不确定这些粒子来自何处。充斥宇宙的磁场会在宇宙射线抵达地球的途中使其偏转，因此它们抵达我们时的运动方向，并不能告诉我们它们最初产生于何处。
中微子为宇宙射线的来源提供线索
我是一支国际科学家团队的成员，我们建造了一种不同寻常的望远镜，用以寻找宇宙射线的来源。由于宇宙射线本身并不指向其来源，我们转而寻找中微子——一种亚原子粒子，它应当是宇宙射线加速过程中的副产物，无论这一加速发生在何处。（宇宙射线撞击大气层时也会发生同样的过程；这些“大气”中微子曾被用于发现中微子振荡，相关实验之一获得了 2015年诺贝尔物理学奖。）
中微子非常奇特 ——它们被称为“幽灵粒子”。它们极少与其他物质发生相互作用，因此要探测它们，就需要非常大的探测器。我们的望远镜名为 IceCube，因为我们利用了南极冰盖中一立方千米（即十亿吨）的冰来捕捉中微子。
大多数中微子会无形地穿过IceCube，但偶尔会有少数中微子恰好与冰中的质子或中子碰撞，释放出一阵我们可以观测到的相对论性粒子簇射。通过测量这些可见粒子的数量与方向，我们可以确定原始中微子的来向、能量及其类型，即“味”。我们一点一点地拼凑出以中微子而非星光呈现的天空图景。
南极洲或许看似建造此类望远镜的显而易见之地，但事实上，这里恰恰是最容易、成本最低的选择。美国在 南极点维护着一座科学设施，除IceCube外，该设施还承载着其他多项实验。对我们而言最重要的是，南极点站坐落于近三千米厚、世界上最纯净、最清澈的冰层之上——一个只待被利用的完美中微子靶。
对科学有益，对人而言艰苦
但“最容易”并不等同于“容易”——南极点是一个充满挑战的工作环境。从美国前往南极点可能需要一周甚至更长时间。行程的最后一段由空军国民警卫队运营的、装有滑雪装置的特制C-130货机完成，飞机降落在压实雪面铺成的跑道上。这些飞机一年中只有四个月能够抵达南极点：在仲夏时节（一月，位于南半球），平均气温为华氏零下15度（摄氏零下26度），温暖宜人，但到三月，气温已降至华氏零下50度（摄氏零下45度），低到C-130无法运作。我们将工作集中在这些夏季月份完成，随后将IceCube交由两名坚韧的“越冬”科学家照看。我们的越冬人员属于一个45人团队的一部分，他们在站内度过其余时间，除互联网和无线电通信外，与外界隔绝长达八个月。
夏季时，站内人口会增至约150人。南极点是一片高海拔沙漠，因此空气稀薄且极其干燥。但严寒并非在南极点工作最艰难的部分——至少在夏季不是。最奇特的，至少对我而言，是持续不断的日照。在南极点，太阳持续六个月不落，沿着地平线缓缓盘旋，逐渐下沉，直到秋分时分才落下。随后，越冬人员将经历长达六个月的持续黑夜，直至春季日出。这严重扰乱了昼夜节律；我曾醒来看到时钟显示3:00，却不知道究竟是上午还是下午，也不知道自己睡了四个小时还是十六个小时。
尽管南极点是地球上最为偏远的地方之一，站内在夏季却也十分拥挤。取暖建筑需要消耗大量昂贵燃料，因此空间极为宝贵，不言而喻，我们大多数人都在室内工作。融化冰水同样需要燃料，因此淋浴被限制为每周两次、每次两分钟的流水，这也构成了南极点独特工作氛围的一部分。
结果开始陆续涌现
经过七年的工作，IceCube于2011年全面调试完成并投入运行，按计划、按预算完成。协调全球约250名科学家的工作又是另一项挑战，而这仅仅是开始。大多数新望远镜是通过观测已知天体（如恒星、脉冲星、射电星系）来加以验证的。但目前并不存在已知的高能中微子源——IceCube正在打开一扇全新的宇宙观测窗口——因此，我们必须说服自己以及科学界其余同行，确信我们所观测到的确实是我们认为的东西。
IceCube建成两年后，我们 宣布 ，已识别出首两枚来自太阳系之外的中微子，它们是我们中微子天空地图上的首批记录。（我们为它们取名为Bert和Ernie。）去年，我们记录到了迄今观测到的 能量最高的中微子，其能量是欧洲核子研究中心加速质子能量的1,000倍。
科学界对于这些中微子的来源正展开一场精彩的争论：其中是否有一些可能产生于我们自身的银河系，甚至与暗物质等奇异的新粒子有关。随着数据的积累，我们希望更多令人振奋的新发现正等待着我们。
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作者：Tyce DeYoung，密歇根州立大学物理与天文学副教授。
图片：阿德利企鹅沿着冰面行走，地点为东南极洲联邦湾的登迪逊角。REUTERS/Pauline Askin。
