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更新日期:103年12月26日

ANITA三號於12月18日在南極升空

國立臺灣大學天文物理所及「梁次震宇宙學與粒子天文物理學中心」所參加的國際合作實驗「南極脈衝瞬態天線」(Antarctic Impulsive Transient Antenna, ANITA)於台北時間 12 月 18 日在南極升空。ANITA 實驗由美國太空總署所特製的大氣球帶往距離地表 35 到 40 公里處的高空,聆聽來自南極冰原中的無線電波訊號,希望能藉由觀測來自宇宙深處的高能微中子,來揭開宇宙深處的祕密。

極高能宇宙射線的來源一直是科學家的不解之謎。大部分宇宙射線的成份是高能量的質子,少部份是較重的原子核。透過研究這些高能宇宙射線,可以增進科學家對宇宙演化的認識。但是無論是質子或是原子核,科學家都無法確切的知道這些高能粒子從何而來,因為質子或是原子核都帶有電荷,在宇宙中前進時會因為周遭星系所產生的磁場而改變它們的行進路線,所以幾乎沒有辦法推測出這些高能粒子是從哪邊產生。微中子正是回答這個問題的最佳候選人。這是因為極高能宇宙射線和宇宙微波背景光子相撞時必然會產生極高能 GZK 微中子(以三位理論發現者 Greisen, Zatsepin, Kuzmin命名)。微中子正如其名,本身不帶任何電荷,不會因為宇宙空間中的磁場而改變行進方向。所以回推這些 GZK 微中子的方向,可以明確的定位出這些高能微中子的源頭。

物理學家想尋找的極高能 GZK 微中子,其所帶有的能量遠超過人類所能創造出的最高能量的粒子,即歐洲核子研究中心(CERN)的大強子對撞機(LHC)質子能量的一千萬倍以上。事實上,物理學家目前也還沒找到這種超高能量的 GZK 微中子,只能給出它的數量上限。但是根據許多理論預測,這些 GZK 微中子必須要存在。因此科學家決定利用整個南極洲的冰原當作靶。當這 GZK 微中子到達南極時,會與南極的冰層發生反應而放出相當多的正負電子。當這些正負電子在冰中的前進速度超過光在冰中的速度時,會產生切倫可夫輻射 (Cherenkov radiation)。這些由 GZK微中子所產生的切倫可夫輻射能穿透冰層,而被 ANITA 的天線偵測到,進而回推出它的存在,甚至回推出它們的來源。

ANITA 實驗帶有 48 具高性能天線,利用高空氣球停留在約 35 公里遠處的高空接收來自南極冰層的無線電波訊號。ANITA 利用南極的極地窩漩氣流,大約以每十五天環繞南極一週的速度監視著整個南極,不放過任何可能的機會來偵測這些微弱而罕見的訊號。

在科技部、臺灣大學與國研院奈米元件實驗室大力支持下,臺大梁次震宇宙學與粒子天文物理學研究中心主任陳丕燊教授率領加入了 ANITA 實驗的國際合作。該團隊在 2006-07 及 2008-09 的兩次 ANITA 實驗中,在硬體研發及後期數據分析上都扮演著重要的角色。為了準備今年的第三次飛行,臺大梁次震中心團隊參與了位於美國德州 Palestine 的相關測試,並派遣劉宗哲博士至南極參與 ANITA 實驗起飛前的組裝。為了更有效率的儲存實驗進行期間所取得的大量數據,臺大梁次震中心團隊為此研發出高速高容量固態硬碟陣列 (Tera-byte SSD Array),並已順利裝置在 ANITA 探測器上。 此外 ANITA-III 所使用的低雜訊放大器 (Low Noise Amplifier) 亦由臺灣團隊製造及提供,該硬體元件由該團隊成員、國研院蕭宇劭博士所研發成功。

臺大梁次震中心主任陳丕燊教授表示,根據前兩次 ANITA 的飛行經驗,這次的 ANITA-III 實驗大幅提高了天線的性能,並強化了許多系統,因此這次飛行將有相當高的機會可以找到這些尚待發現的超高能 GZK 宇宙微中子,做出歷史性的貢獻。當為期一個多月的飛行結束後,臺大梁次震中心團隊將緊鑼密鼓的進行數據分析,在尋找宇宙高能微中子的競賽中做出決定性的貢獻。

  • 國立臺灣大學天文物理所及「梁次震宇宙學與粒子天文物理學中心」所參加的國際合作實驗「南極脈衝瞬態天線」(Antarctic Impulsive Transient Antenna, ANITA)於台北時間 12 月 18 日在南極升空。

    國立臺灣大學天文物理所及「梁次震宇宙學與粒子天文物理學中心」所參加的國際合作實驗「南極脈衝瞬態天線」(Antarctic Impulsive Transient Antenna, ANITA)於台北時間 12 月 18 日在南極升空。

  • ANITA 實驗由美國太空總署所特製的大氣球帶往距離地表 35 到 40 公里處的高空,聆聽來自南極冰原中的無線電波訊號。

    ANITA 實驗由美國太空總署所特製的大氣球帶往距離地表 35 到 40 公里處的高空,聆聽來自南極冰原中的無線電波訊號。

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