本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点。
编者按：欢迎来到ANITA，南极脉冲瞬态天线！从10月到12月，凯蒂·穆尔雷将与ANITA合作团队一同前往南极洲，建造并发射ANITA III，这是一个科学气球，它利用整个南极洲进行中微子和宇宙射线探测。这是“冰上的中微子”系列文章的第二篇，“冰上的中微子”，记录了这项工作。
现在，在银河系的某个地方，一个质子正在穿过超新星遗迹冲击波，在极端的磁场中反弹，获得能量和速度。最终，质子将获得足够的能量逃离遗迹，并在星系中传播。它甚至可能朝地球飞来！如果我们幸运的话，它会撞击我们的大气层，产生数百万粒子的阵雨，等待着一个即将发射到南极洲上空的大型气球来探测。
有关高能宇宙射线和中微子的信息揭示了宇宙中现在神秘的过程。什么自然现象可以产生如此高能量的粒子？它们在地理上位于何处？我们可以看到多少高能粒子？这些信息将引领下一代高能天体粒子物理学。
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中微子和宇宙射线以惊人的速度在宇宙中传播。中微子是自然界的基本粒子，是粒子物理学标准模型的一部分。中微子的名字意思是“中性的小家伙”。顾名思义，中微子没有电荷，因此很难检测到。宇宙射线是带电粒子，通常是质子或其他原子核，它们能量非常高，并以接近光速的速度传播。宇宙射线是有史以来观测到的能量最高的粒子（其能量远远高于粒子加速器中可以产生的任何能量），并且它们应该通过与宇宙大爆炸遗留下来的光——宇宙微波背景（CMB）相互作用产生几乎同样高能量的中微子。我们谈论的是1019电子伏特范围或更高的能量！几乎不可能理解如此高的能量到底意味着什么。我们看到的可见光往往在1电子伏特的数量级。一个1019电子伏特的质子具有与以每小时60英里速度投掷的棒球相同的能量！
这些粒子必须经历极端的加速才能达到这些能量。低能量中微子和宇宙射线的来源是众所周知的。例如，我们的太阳通过核聚变产生许多低能量中微子。我们每天不会过多地考虑中微子，但实际上，每秒钟有650亿个中微子穿过您的指甲！由于低能量的宇宙射线和中微子更为丰富，因此科学家对它们的来源和组成有了更好的了解。
高能中微子和宇宙射线提出了更大的问题。高能中微子和宇宙射线的起源尚不清楚，有关这些粒子的更多信息将揭示宇宙中最具能量的过程：超新星、活动星系核、伽马射线暴等。问题在于它们比低能量的对应物稀少得多，因此很难检测到。为了检测这些粒子，您要么需要一个具有巨大检测面积的望远镜，要么需要大量的检测时间，或者两者都需要。
当宇宙射线进入大气层时，它们与大气中的粒子相互作用，产生粒子级联，也称为“空气簇射”（见上图）。当高能中微子穿过冰等致密材料时，也会发生类似的现象。级联发展产生电磁辐射，可以在许多波长中看到，包括光学和无线电频谱。
为特定波长调整的探测器可用于检测来自不同电磁频谱部分的辐射的宇宙射线空气簇射。进入ANITA，这是一种由48个天线组成的仪器，这些天线布置在气球有效载荷上，以扫描整个南极洲，寻找来自在冰中相互作用的中微子以及在大气中相互作用并从冰中反射的宇宙射线的无线电信号。大型检测区域很难建造，因此我们利用大自然给予我们的东西——一大片冰，完美的无线电检测！
到目前为止，已经进行了两次ANITA飞行。两者都检测到了宇宙射线，并且对于中微子研究非常重要。这一切都引向了ANITA III，它于去年夏天首次在德克萨斯州巴勒斯坦的美国宇航局气球设施中组装（那里的气候与ANITA的最终目的地大相径庭）。科学家们花了两个月的时间来建造和测试这个实验，这个实验已经进行了多年。为了继续进行，该仪器必须通过两项测试。第一项测试是确保有效载荷不会在自身重量（接近2.5吨！）下散架！第二个测试是确保地面上的科学家可以在仪器在南极洲周围飞行时与仪器进行通信。该仪器在八月下旬通过了两项关键测试。
那么接下来会发生什么？我们将其全部拆开：容纳48个天线的30英尺高的吊舱结构、通信设备、大量的电缆和“仪器箱”（ANITA处理和记录数据的核心）。所有东西都装在巨大的集装箱中，并运往南极洲南部，我们将在南半球夏季开始的10月下旬在那里与它会合。
我们期望看到什么？看到任何中微子绝对是太棒了。高能中微子领域正在发生两件事：实验变得越来越敏感，模型也在变得更好。ANITA的目标是弥合实验和理论之间的差距。模型对我们期望看到的中微子数量设定了限制。如果我们在该限制范围内没有看到任何中微子，则意味着模型可能需要更改。从这个意义上讲，任何消息都是好消息。如果我们看到中微子，我们可以确认并调整模型。如果我们没有看到，我们可以对模型施加限制。但是，预计宇宙射线会很丰富。
这就是ANITA的概要。当我们组装仪器时，我们将深入研究具体细节。同时，第一批合作者正在登上前往新西兰基督城的20多个小时的航班。该市设有南极服装配送中心，您可以在那里领取所有冬季服装，包括巨大的靴子、臭名昭著的红色外套、防风裤、帽子、手套等。它也是飞往麦克默多站所在的大陆一侧的最佳地点。
在南方见！