ANITA三號(hào)於12月18日在南極升空

國立臺(tái)灣大學(xué)天文物理所及「梁次震宇宙學(xué)與粒子天文物理學(xué)中心」所參加的國際合作實(shí)驗(yàn)「南極脈衝瞬態(tài)天線」（Antarctic Impulsive Transient Antenna, ANITA）於臺(tái)北時(shí)間 12 月 18 日在南極升空。ANITA 實(shí)驗(yàn)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(hào)，希望能藉由觀測(cè)來自宇宙深處的高能微中子，來揭開宇宙深處的祕(mì)密。

極高能宇宙射線的來源一直是科學(xué)家的不解之謎。大部分宇宙射線的成份是高能量的質(zhì)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(jìn)科學(xué)家對(duì)宇宙演化的認(rèn)識(shí)。但是無論是質(zhì)子或是原子核，科學(xué)家都無法確切的知道這些高能粒子從何而來，因?yàn)橘|(zhì)子或是原子核都帶有電荷，在宇宙中前進(jìn)時(shí)會(huì)因?yàn)橹茉庑窍邓a(chǎn)生的磁場(chǎng)而改變它們的行進(jìn)路線，所以幾乎沒有辦法推測(cè)出這些高能粒子是從哪邊產(chǎn)生。微中子正是回答這個(gè)問題的最佳候選人。這是因?yàn)闃O高能宇宙射線和宇宙微波背景光子相撞時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生極高能 GZK 微中子（以三位理論發(fā)現(xiàn)者 Greisen, Zatsepin, Kuzmin命名）。微中子正如其名，本身不帶任何電荷，不會(huì)因?yàn)橛钪婵臻g中的磁場(chǎng)而改變行進(jìn)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(xué)家想尋找的極高能 GZK 微中子，其所帶有的能量遠(yuǎn)超過人類所能創(chuàng)造出的最高能量的粒子，即歐洲核子研究中心（CERN）的大強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）質(zhì)子能量的一千萬倍以上。事實(shí)上，物理學(xué)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(shù)量上限。但是根據(jù)許多理論預(yù)測(cè)，這些 GZK 微中子必須要存在。因此科學(xué)家決定利用整個(gè)南極洲的冰原當(dāng)作靶。當(dāng)這 GZK 微中子到達(dá)南極時(shí)，會(huì)與南極的冰層發(fā)生反應(yīng)而放出相當(dāng)多的正負(fù)電子。當(dāng)這些正負(fù)電子在冰中的前進(jìn)速度超過光在冰中的速度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生切倫可夫輻射 (Cherenkov radiation)。這些由 GZK微中子所產(chǎn)生的切倫可夫輻射能穿透冰層，而被 ANITA 的天線偵測(cè)到，進(jìn)而回推出它的存在，甚至回推出它們的來源。

ANITA 實(shí)驗(yàn)帶有 48 具高性能天線，利用高空氣球停留在約 35 公里遠(yuǎn)處的高空接收來自南極冰層的無線電波訊號(hào)。ANITA 利用南極的極地窩漩氣流，大約以每十五天環(huán)繞南極一週的速度監(jiān)視著整個(gè)南極，不放過任何可能的機(jī)會(huì)來偵測(cè)這些微弱而罕見的訊號(hào)。

在科技部、臺(tái)灣大學(xué)與國研院奈米元件實(shí)驗(yàn)室大力支持下，臺(tái)大梁次震宇宙學(xué)與粒子天文物理學(xué)研究中心主任陳丕燊教授率領(lǐng)加入了 ANITA 實(shí)驗(yàn)的國際合作。該團(tuán)隊(duì)在 2006-07 及 2008-09 的兩次 ANITA 實(shí)驗(yàn)中，在硬體研發(fā)及後期數(shù)據(jù)分析上都扮演著重要的角色。為了準(zhǔn)備今年的第三次飛行，臺(tái)大梁次震中心團(tuán)隊(duì)參與了位於美國德州 Palestine 的相關(guān)測(cè)試，並派遣劉宗哲博士至南極參與 ANITA 實(shí)驗(yàn)起飛前的組裝。為了更有效率的儲(chǔ)存實(shí)驗(yàn)進(jìn)行期間所取得的大量數(shù)據(jù)，臺(tái)大梁次震中心團(tuán)隊(duì)為此研發(fā)出高速高容量固態(tài)硬碟陣列 (Tera-byte SSD Array)，並已順利裝置在 ANITA 探測(cè)器上。 此外 ANITA-III 所使用的低雜訊放大器 (Low Noise Amplifier) 亦由臺(tái)灣團(tuán)隊(duì)製造及提供，該硬體元件由該團(tuán)隊(duì)成員、國研院蕭宇劭博士所研發(fā)成功。

臺(tái)大梁次震中心主任陳丕燊教授表示，根據(jù)前兩次 ANITA 的飛行經(jīng)驗(yàn)，這次的 ANITA-III 實(shí)驗(yàn)大幅提高了天線的性能，並強(qiáng)化了許多系統(tǒng)，因此這次飛行將有相當(dāng)高的機(jī)會(huì)可以找到這些尚待發(fā)現(xiàn)的超高能 GZK 宇宙微中子，做出歷史性的貢獻(xiàn)。當(dāng)為期一個(gè)多月的飛行結(jié)束後，臺(tái)大梁次震中心團(tuán)隊(duì)將緊鑼密鼓的進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，在尋找宇宙高能微中子的競(jìng)賽中做出決定性的貢獻(xiàn)。