中微子如幽灵军团般在宇宙中穿梭。这些几乎无质量的粒子极难与其他物质发生相互作用，因此每年探测几十个从深空来的中微子，都需要在水中或冰中布设数千米规模的探测器。为了捕捉能量最高、最稀有的中微子，天文学家需要规划一个规模庞大的设施，将其命名为巨型中微子探测射电阵列（GRAND）。

巨型中微子探测射电阵列。图片来源：Olivier Martineau-Huynh

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据《科学》报道，近日在瑞士日内瓦举行的第39届国际宇宙线大会上，研究人员介绍了在中国戈壁沙漠中，一个机场大小的探测器所取得的初步成果。该探测器旨在为后续总覆盖面积接近英国大小的其他探测器铺平道路。

这些探测器将监测空气中由超高能中微子穿梭地球时触发的射电脉冲。美国德雷塞尔大学的Naoko Kurahashi Neilson表示：“这些中微子极为罕见。如果能探测到一个，就已很了不起了；如果能探测到一个，还能知道它来自哪个方向，那就更了不起了。”因为这将指向产生它的强大宇宙引擎。

由于宇宙射线带有电荷，太空中的磁场会牵引它们沿着曲折的路径运动，无法追溯到源头。瑞典乌普萨拉大学的Olga Botner说：“我们对超高能宇宙射线的起源仍然知之甚少。”然而，在宇宙射线传播早期，它们经常会与游离的原子发生碰撞，产生能量稍低的中微子，这些中微子则沿着直线到达地球。GRAND联合负责人、法国巴黎天体物理研究所的Kumiko Kotera说：“要近乎直接地获取源头粒子活动的信息，中微子是唯一途径。”

2023年，正在地中海海底建设的立方公里中微子望远镜探测到一个能量为220拍电子伏特的中微子。这是此前捕获的任何中微子能量的30倍，但无法追溯到它的源头。为了捕获更多这样的中微子并精确定位它们的来源，天文学家需要的远不止1立方千米水。

GRAND将极大扩展探测范围。在大会上，GRAND团队表示，他们已在中国甘肃省的戈壁沙漠安装了300只射电天线中的首批60只。该团队由中国机构提供约200万欧元资金，法国国家科学研究中心（CNRS）及其他欧洲机构也参与了资助。目前，这些天线已经探测到明显的射电脉冲，不过这些脉冲并非由中微子引发，而是由入射的宇宙射线撞击高层大气中的分子所产生。

为了捕获超高能中微子，GRAND 团队希望将规模扩大到两个阵列，每个阵列包含1万只天线、边长超过100公里，最终在全球范围内建造20个这样的阵列。

其中一个挑战是让探测器维持尽可能低的成本。GRAND联合负责人、CNRS核与高能物理实验室的Olivier Martineau-Huynh表示，大规模生产可能将目前每个天线5000欧元的成本降至500欧元。另一个挑战是找到没有射电干扰的开阔空间。

美国宾夕法尼亚州立大学的Stephanie Wissel正在研究一种更节省空间的方法。她和同事在加利福尼亚州一座山顶上建造了由6只天线紧密排列而成的组，称为相控阵。这正是宇宙中微子波束形成高架阵列的原型，对微弱射电信号的灵敏度比GRAND更高，但在追踪中微子方向方面不如GRAND。

2023年，两个团队合作开发了一种混合方法，提出在阿根廷圣胡安省的山脊上布设24个更大的相控阵，并在山谷部署360只GRAND式天线。欧洲研究委员会正在考虑这项1400万欧元的提案。