台大ANITA「南極脈衝瞬態天線」升空 揭宇宙深處面紗

▲ANITA偵測器脫離吊車，預備升空。（圖／台大天文物理所提供，下同）

生活中心／綜合報導

台大天文物理所及「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」(ANITA)於台北時間12月18日在南極升空。此實驗由NASA所特製的大氣球帶往距離地表35到40公里處的高空，聽取來自南極冰原中的無線電波訊號，藉此觀察高能微中子來揭開宇宙深處的秘密。

極高能宇宙射線來源一直是不解之謎，大部分宇宙射線成分是高能量質子，少部分是較重原子核。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。

▲左：高空氣球帶著ANITA飛上35公里處的高空、右：ANITA偵測器的底部。

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