上海交大“海铃计划”团队在南海推进技术研发和海上试验再获重大突破

作为中国首个深海中微子望远镜大科学计划，“海铃计划”（TRopIcal DEep-sea Neutrino Telescope，简称TRIDENT）由上海交通大学于2018年提出，该计划旨在中国南海3500m深海建设一个世界范围内综合性能最优越的高能中微子望远镜，通过捕捉高能天体中微子来探索极端宇宙，有望解答宇宙射线来源的百年难题。此外，建成后的海铃望远镜可随着地球自转实现对全天的巡天观测，填补我国多信使天文观测网的关键空白，构建完备的多信使天文网。“海铃计划”作为一项高度学科交叉的大科学计划，也将推动粒子物理、天体物理、地球物理、海洋科学、海洋工程等前沿交叉研究，孕育多项原创科学发现。目前，海铃计划已汇聚了来自校内外多个单位的跨学科团队，涵盖物理天文、海洋工程、海洋科学、信息动力及化学材料等多个方向，团队成员约70人，正共同携手推进这一具有重大科学意义的大科学装置项目。

“海铃一期”项目已于 2022 年底启动，进展顺利，在国家各部委、上海市、海南省政府及上海交通大学的大力支持下，李政道研究所“海铃计划”团队在2024年持续紧锣密鼓地推进探测器核心部件的研发工作，并成功实施了新型探测球舱（hDOM）、粒子鉴别、实时海水光学性质刻度、声学定位等阶段性技术攻坚的深海验证，为建设国际领先的深海中微子望远镜奠定了坚实基础。

12月初，团队搭载“海洋地质四号”在位于西沙海域的“海铃盆地（Hai-Ling Basin）”^[1]3500米深处成功布放了一串中微子探测样机，将对核心探测单元hDOM的机械结构、前端读出电子学、集成方案等关键技术进行阶段性验证。该样机将进行长期的自动化运行，期间将对海水放射性同位素信号、大气缪子切伦科夫光信号、海底发光生物信号、海底声学噪声信号以及海水光学性质变化等关键指标进行长期监测，同步完成对中微子望远镜串列关键技术的长时标验证。此次海试数据和经验将为“海铃一期”望远镜的建设提供重要的技术输入。

左图为hDOM渲染示意图，右图为样机实物

2024年12月1日中微子探测样机甲板工作现场及海上布放实况

由海铃团队原创提出的混合型光电探测球舱hDOM，在2024年6月于意大利米兰举行的第31届国际中微子物理与天体物理大会（Neutrino 2024）上，得到国际同行广泛关注：Ettore Segreto教授在题为“Novel concepts of light sensors and light detection techniques for neutrino physics（译：用于中微子物理的新型光传感器和光探测技术概念）“的大会报告中，总结了当前中微子物理领域中的前沿探测技术，指出了hDOM在新一代中微子望远镜中的探测潜力。

2024年6月国际中微子物理与天体物理大会（Neutrino 2024）上对海铃计划正在研发中的混合光电探测球舱 hDOM 的介绍^[2]

为了探索在深海中利用切伦科夫光探测之外的技术开展粒子鉴别，并为海铃触发策略和数据采集系统开发提供数据支撑，团队开发了基于塑料闪烁体的缪子探测球舱。缪子球舱海试小分队搭载“海洋地质四号”先后于11月初和12月初进行了两次深海布放，首次在“海铃盆地（Hai-Ling Basin）”探测到大气缪子信号，并测出了大气缪子流强随海水深度的变化关系(右图)。探测到缪子是望远镜开展中微子探测的关键步骤，作为高能中微子与物质相互作用的特征性产物，缪子轨迹的精准解析能力影响望远镜的探测灵敏度与信噪比水平，为望远镜的模拟优化、触发策略制定提供重要参考依据。这一工作验证了中微子探测技术从实验室理论走向实际观测的技术可行性。目前，相关技术成果已完成投稿，arXiv链接为^[3]。

缪子球舱在实验室的组装（左图），2024年11月3日 缪子球海上试验现场（中图）以及测量结果（右图）

同期，团队在“海铃盆地（Hai-Ling Basin）”3500米深处布放了一套环境潜标，开展为期1年的深海近底层海洋环境观测。该潜标搭载了多种先进海洋监测设备，能够长时间获取原位和定点的深海温盐、海流等关键环境数据。这些数据不仅可为海铃数据分析提供重要的环境背景支持，保证中微子探测效率，还将为海铃望远镜串列的海水动力学计算提供重要输入，保障建成后望远镜阵列在动态环境下的稳定运行。

由自然资源部第二海洋研究所研发的环境潜标正在“海洋地质四号”船后甲板完成布放

海铃计划 2024海试小分队合影

海铃团队2024年海上试验的成功实施，为海铃计划一期项目的顺利推进奠定了坚实基础，也为我国深海中微子探测技术的发展注入了新的动力。未来，海铃团队将继续深化技术研发和海上试验，稳步迈向建设世界领先的深海中微子望远镜的目标。

“海铃计划”得到科学技术部国家重点研发计划（2022YFA1605500、2023YFC3107400）、国家自然科学基金重大科研仪器研制项目（12427809）、上海市科委重大专项（22JC1410100）、上海市科委高水平国际联合研究培育项目（24590780100）的支持，在此深表感谢。另外，感谢海南省三亚崖州湾科技管理局对建设海铃中微子实验室（海南）的大力支持。

相关链接：

[1] https://www.nature.com/articles/s41550-023-02087-6

[2] https://agenda.infn.it/event/37867/contributions/233937/

[3] https://arxiv.org/pdf/2501.17639

作者： 李政道研究所 供稿单位： 李政道研究所