把中微子探测中心放于南极极点的地下深处可谓用心良苦。因为冰不产生自然辐射，把探测器埋到深处可以过滤掉宇宙中除了中微子之外的各种其他辐射。南极深处冰层经千百万年的冻结压积，其内部少杂质无气泡像一块纯净的水晶体，它具有优良的光学特性，这与天文望远镜要求高质量的光学透镜有着某种类似之处。中微子与介质中原子碰撞产生契伦科夫辐射（Cherenkov radiation）会产生一种特殊的蓝色幽光，探测中微子的本质就是对这些兰色幽光的精准测量，纯净的各向同性的冰介质是这种精准测量的基本保证。

“冰立方”中微子天文台工作原理示意图。

“冰立方”中微子天文台构成示意图。

冰立方感兴趣的只是来自遥远星系的高能中微子，但是地球外层空间受宇宙射线激发产生数量巨大的中微子，它们每时每刻都在轰炸着“冰立方”，它们也会在冰立方中产生兰色的幽光。要在百万以上中微子背景辐射中捕获少数高能中微子，这个过程要比草堆中寻针还要难千倍。

好在不同能级不同方向进入“冰立方”所产生的契伦科夫辐射的轨迹、偏振、形状和持续时间都是不同的，这些辐射产生的幽灵兰光被位于不同位置上的传感器在不同时刻采集下来，立即作数字处理后由电缆集中送到冰立方地面上的计算机中心。通过复杂的信号处理，“去粗取精，去伪存真，由此及彼，由表及里”，最后把来自遥远星系的高能中微子访客捕获。现代先进的信号处理技术是近年来天文物理学突飞猛进的关键，引力波的发现就是一个最好的佐证。测量引力波需要分辨质子尺度千分之一的长度变化，没有现代信号处理技术是完全不能设想的。

高能中微子一定来自高能激变的天体，这次被精准定位的TXS 0506 + 056就是耀变体(blazar)，这是一类极其活跃的星系，它的核心是一个超级大黑洞。当邻近恒星路过巨大黑洞时，会引起“潮汐撕裂事件”被黑洞吞噬[1]。因为黑洞本身的旋转在其附近空间引成强磁场，被高速吸入的部分恒星气体在磁场作用下沿着黑洞自旋轴方向加速弹出，引成接近光速的“相对论性喷流”(relativistic jets)。在这股喷流中被超级加速的质子彼此碰撞或与光子碰撞时，结果是产生π介子。带电的π介子衰变为μ介子和μ介子中微子，而中性π介子又衰变成伽马射线。耀变体的“相对论性喷流”就成为了燿眼的光芒、伽马射线暴和高能中微子的同一源头。

高能中微子在多信道、多手段天文观测中将起到不可替代的作用。中微子不带电荷、几乎不与其它任何物质相互作用，被称为宇宙中的“隐身人”。“无欲则刚”，中微子在行进中不受阻碍，一条道走到黑绝不拐弯。所以根据中微子轨迹很容易对重大天文事件定位。今后，中微子探测将成为多信道天文学(multi-message astronomy)观测的重要手段。

2017年8月17日引力波探测导致双中子星并合事件的发现。仅一个月后，2017年9月22日高能中微子探测把伽马射线暴与高能中微子的源头定位在TXS 0506 + 056星系上。这两个事件的科学意义无论怎样强调也不算过分。

1609年的秋天，伟大的物理学家伽利略举起自制的望远镜朝向星空，是人类天文物理的第一次突破。四百多年来，人类制作了各种各样的光学和射电望远鏡在天文观测中取得了丰硕的成果，但是所有这些设备都是基于对电磁辐射的观察测量，直到2017年人类又获得了引力波和高能中微子这两种新的测量方法。2017将以多信道天文学的开启之年在人类的科学进步史册上留下不可磨灭的印记。

最后谈二点个人看法：

1）与本次事件相关的两篇最新论文的分析都是3-sigma等级，3-sigma等级意味着论文的结论有相当高的置信度。科学家一般要求达到5-sigma阈值标准才将研究结果确定为“重大发现”，这是粒子物理学研究的通常做法，但天体物理及其它一些物理领域要达到这个标准比较困难。让我们以谨慎的热情欢迎本次发现，并耐心等待进一步的探测和更多数据的到来。

2）高能中微子实验纯属基础科学研究，主要的意义在于加深人类但宇宙、高能物理和基本粒子的理解和认识。在相当长的时期中，中微子都不会有什么实际应用价值，希望不会有人去开展中微子通信之类的工程活动。

注释：

[1] 黑洞“潮汐撕裂事件”和伽玛射线脉冲

http://blog.sciencenet.cn/blog-2761988-1088432.html