【#第一文档网# 导语】以下是®第一文档网的小编为您整理的《中微子 [中微子和鲸鱼]》，欢迎阅读！
原本想在地中海底探测中微子，结果变成探测抹香鲸的发声研究。这个跨领域合作研究的美妙意外结果，彰显出全面性知识探究的潜在优势。 对意大利西西里岛东部卡塔尼亚港的码头工人与水手而言，眼前景象相当可疑。在2005年一2006年间，每个月一次，都会有两名陌生人走到码头尾端的小木屋，打开门锁，再拿出一个小盒子，之后再上锁，直到下个月才会再出现。当地民众对这两人的行为充满疑问，但这两名陌生人总是保证不必担心，声称自己是科学家，盒子里装着计算机硬盘，储存用水底麦克风录下的长期声音数据，而麦克风安置于距海岸28千米远的地中海海底。瑞可班尼是意大利国家核物理研究所的粒子物理学家，他希望证明水底麦克风能用来侦测来自遥远太空的中微子；帕文则是帕维亚大学海洋生物学家，在此协助瑞可班尼处理录音内容里的背景噪音。 但因为这些录音数据的内容，让两人决定来年重回旧地，不过这次角色互换，由物理学家协助生物学家，探寻的目标也不再是中微子，而是抹香鲸。 这场意外经历源于近10年前，瑞可班尼参与意大利百位科学家组成的“地中海中微子观测”项目，希望研究海中中微子。中微子自太空持续来到地球，带来远方超新星生成等珍贵资料。这种基本粒子既不带电，质量趋近于零，也鲜少与其他物质发生反应，故研究中微子需要大型侦测器，而且规模愈大愈好。因此观测站在西西里岛南部外海水深3500米处，在2立方千米的海域装设数千个光学侦测器，希望在中微子偶尔与水分子反应时，光学侦测器就能捕捉其所产生的微弱光波。 瑞可班尼当时则努力改善侦测效果，他表示，“理论上，高能中微子也会产生可侦测到的声波，因为在水中，声波传导能力优于光线，声波侦测器捕捉中微子反应的几率也较高”。没有人知道这个理论是否行得通，但既然观测计划里也需要水下麦克风为光学侦测器定位，观测项目负责人便希望瑞可班尼进行名为“海洋噪音侦测实验”的可 行性研究，地点就位于卡塔尼亚港以东水下2000米的测试位置。 嗓音控制 为了解相关知识，瑞可班尼前往法国巴黎参加中微子声波侦测的工作，也立刻注意到人们讨论时忽略了一项重点，他指出，“在场没有人提及背景噪音，每个人似乎理所当然地假设深海内噪音很少，但当时也没有公之于世的数据可供参考”。瑞可班尼返回卡塔尼亚港后，碰巧得知当地的一个环保团体邀请帕文前来演讲，帕文于20世纪80年代早期率先使用海洋哺乳类数字录音技术，亦是那一个领域的世界顶尖专家，最适合来解答瑞可班尼的疑问究竟在深海2000米的环境里，背景噪音有多大? 由于数据有限，帕文无法轻易回答，他表示，“几年前，深海录音系统仍无法轻易取得”，他只能确定在深海中，绝不像中微子物理学家假设的那般寂静。 瑞可班尼起先相当惊讶，帕文所预测的噪音音量远高于中微子物理学家预测，不过这不代表中微子侦测便不可行，但“地中海中微子观测项目”成员必须先详细了解背景噪音后，才有机会找出其中的中微子讯号。 瑞可班尼于是邀请帕文加入海洋噪音侦测实验，长期侦测西西里岛海床声音状态，帕文虽无资金可支持计划，仍允诺参与，毕竟这项实验能让他进入前所未见的深海，也能研究人类几乎毫无所知的声波环境，帕文尤其希望测量深海的噪音污染情况，认为这种污染造成过往许多深海鲸类搁浅。 至2005年1月，瑞可班尼的团队在测试点安装了4架高感度水底麦克风，并用光纤电缆将数据传回码头边的硬盘，很快他们便开始获得数据，至同年4月时，帕文便开始听取第一份数据。 一如预期，帕文能听见低回而一致的背景噪音，多数来自水流与船舶运行，再加上不时出现可辨别的声响，包括大型船只的涡轮、声呐音波，甚至还有爆炸声，但他特别注意到一种短促而规律重复的声响，这是抹香鲸的呼吸系统挤压空气时的特殊声音。帕文表示， “抹香鲸可能以这种方式估计海深与猎物距离，就像蝙蝠使用回音一样”。 偶尔听到这种声音并不令人意外，这是动物所能制造的极大声响，在水中最远可传达20千米，意外之处在于这种声响每个月都会出现，帕文指出，“抹香鲸在此区域并不常见，已知数据显示当地鲜少见到抹香鲸群”，但这些研究通常只依据靠近海面的目击或声音记录，“海洋噪音侦测实验项目”的数据来自深海。这才是抹香鲸多数时候生活的环境，显示这种动物在当地的数量高于过去预期。 瑞可班尼与帕文持续录音，直到2006年11月，水底麦克风由光学侦测系统取而代之，但仍沿用同一条光纤电缆，两位科学家则已累积超过600小时的录音数据，虽然两人并未侦测到任何中微子，但仍感到满意。瑞可班尼表示，“我当时只希望证明深海录音可行，也可提供高质量数据，我并未预期在此阶段便侦测到中微子”；帕文则明白，这项工作所获取的资料，也不只是背景噪音清单而已。 不过听见抹香鲸是一回事，计算数量与得出可靠数据又是另一回事。原则上，可从声波判别抹香鲸的大小与性别，且若海面声波记录亦出现在深海记录之中，则可能估算抹香鲸的位置与行动方向。帕文指出，“但要达成这项目标，若不研发数学计算软件，就得一项一项用手算”，帕文的团队因为没有研发经费，故只能选择后者的计算法。 不过帕文认为，数据已慢慢得出，抹香鲸在半数录音的期间都曾出现，超过现有估算的鲸群规模。帕文的团队也从录音之中，找出季节性规律与社会行为迹象，并在2009年9月的研讨会中发表。帕文表示，“鲸群在春秋两季较常出现，其他动物也在相同时节迁徙，或许都属于相似物种”。有时录音里会出现异常且短暂的声响，一般认为具有特殊社会功能，也只有在雄鲸靠近雌鲸群时才会出现。帕文指出，这种声响像是方言，不同鲸群的音调也有区别，“地中海地区最常见者为三加一的模式，三短声后再加一声”，但录音显示，二加一的组合频率也高于预期，有可能显示其他地区的鲸群恰好经过地中海。 深海扰动 瑞可班尼目前除了中微子物理学，亦很热衷于生物声学，并让“欧洲海洋观测网络”加入到研究中，发展地中海地区的深海探测站网络，虽然该组织的重点在于地球物理学与气候学，但已允诺资助名为“聆听深海”的计划，该计划为期3年，自2011年3月起，再度于卡 本文来源：https://www.dywdw.cn/7653342031687e21af45b307e87101f69e31fbd5.html
下载此文档
搜索文档
阅读：
文档下载
![中微子 [中微子和鲸鱼]](/static/wddqxz/img/rand/51.jpg)
2023-03-06
