KM3NeT利用建在地中海深處的望遠鏡陣列全面搜尋中微子。圖片來源：《自然》雜志官網

中微子、暗物質、γ射線……在探尋這些宇宙高能粒子方面，歐洲頂級物理學家們未來10年的愿望是什么？據《自然》雜志網站報道，近日，在官方正式宣布之前，一份由歐洲14個國家的投資機構制定的2017—2026年歐洲天體粒子物理發展十年路線圖已開始在網絡流傳。這一路線圖除鼓勵向創新性提議開放資金，還將專注于擴建幾個主要項目，歐洲物理學家期待在這些重大領域實現趕超。

展示天文粒子無邊之美

作為天文學與粒子物理學的交叉學科，路線圖制定委員會主席、意大利帕多瓦大學物理學家安東尼歐·馬斯厄羅認為，天文粒子物理學是物理學最大領域（天文）與最小領域（基本粒子）的交叉結合，能向大眾展示無邊無際的美感。

20多年前，天體粒子物理學還是一片空白。但近些年，粒子物理學領域出現一些重大發現，這些成果不再是由傳統粒子碰撞產生的，而是完全借助于太空探測器。比如探測到宇宙中微子，發現宇宙X射線，用大型觀測設備發現中微子振蕩現象，美國激光干涉儀引力波天文臺（LIGO）發現引力波等。所有這些成果的共同點就是，利用大型儀器，在最浩瀚的宇宙搜尋基本粒子，進而揭示宇宙的更多奧秘。

2016年，歐洲天文粒子物理學聯盟（APPEC）為加快歐洲在該領域的研究進展，召集歐洲核子研究中心（CERN）、歐洲南方天文臺以及歐洲空間局等機構的物理學家在巴黎開會，粒子物理學家、天文學家和太空探測設備方面的專家齊聚一堂，就未來十年的發展和投資規劃進行商討。會后，馬斯厄羅帶領部分科學家組成的專家團，幾經修訂完成了路線圖的最終版本。

優先投入幾大觀測項目

路線圖提出，大型觀測項目與實驗室研究全面發展，既鼓勵對科學家提出的創新性提議進行小規模投入，更要將有限資金重點投入幾個大型項目。這些大型項目主要包括立方公里中微子望遠鏡（KM3NeT）、切倫科夫望遠鏡陣列以及愛因斯坦望遠鏡（ET），將分別對中微子、γ射線和引力波進行觀測。

立方公里中微子望遠鏡項目將分別在法國和意大利的地中海建造深海中微子望遠鏡陣列。法國望遠鏡陣列的主要設計思路是，探測宇宙射線與大氣碰撞產生的低能中微子，而意大利的望遠鏡陣列，則用來捕捉外太空的高能中微子信號。整個項目預計需要資金1.5億歐元，而目前已經募集到三分之一的資金。

切倫科夫望遠鏡陣列項目是耗資3億歐元的γ射線觀測站，在西班牙拉帕爾瑪島和智利阿塔卡瑪沙漠分別建造兩座光學望遠鏡陣列，搜尋高能光子和大氣分子作用時產生的藍色閃光，通過這些信號研究銀河系中心中子星和黑洞釋放出的γ射線。

探測引力波的愛因斯坦望遠鏡也被列入大型優先項目。按照路線圖，該望遠鏡將從之前的雙臂設計改為三臂，用等邊三角形的10公里邊長作為“手臂”，讓高強度激光沿著三個“手臂”行進，通過引力波對手臂末端目標粒子的改變，獲得引力波的精確定位及組成。

希望暗物質搜尋“拔頭籌”

APEC還希望歐洲將現有暗物質搜尋項目規模擴大一倍，利用巨桶液氬和液氙開展大規模實驗，捕捉神秘暗物質與普通物質粒子相互作用的“蛛絲馬跡”。歐洲現有最大暗物質探測設備只裝有3噸惰性氣體，而路線圖規定，惰性氣體的桶裝規模將增加10倍。

最新路線圖關于暗物質的研究存在爭議。有物理學家希望歐洲能將暗物質的搜尋范圍擴大到軸子等新理論粒子，以擴大暗物質的搜尋范圍，但APEC沒有改變之前的思路，其暗物質項目仍以“暗物質由弱相互作用（WIMPs）構成”為理論依據。所以有觀點認為，這種堅持將導致歐洲在暗物質領域仍將一無所獲，但支持路線圖的科學家們認為，只要按預想執行實驗操作，歐洲團隊必將在破解最神秘暗物質的競賽中，率先沖到終點。 （記者  聶翠蓉）

來源：科技日報