冰上的中微子:发射气球

编者按:欢迎来到 ANITA,南极脉冲瞬态天线!从 10 月到 12 月,Katie Mulrey 将与 ANITA 合作团队前往南极洲,建造和发射 ANITA III,这是一个科学气球,它利用整个南极大陆进行中微子和宇宙射线探测。

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编者按:欢迎来到 ANITA,南极脉冲瞬态天线!从 10 月到 12 月,Katie Mulrey 将与 ANITA 合作团队前往南极洲,建造和发射 ANITA III,这是一个科学气球,它利用整个南极大陆进行中微子和宇宙射线探测。这是系列文章中的第六篇,“冰上的中微子”,记录了这项工作。

发射日终于到了。风力很小,而且天气预报预示着一次伟大的中微子探测气球发射。这是 ANITA 第六次尝试发射。每个人都非常愿意送别气球。在气球和有效载荷升空之前,科学团队在发射日几乎无事可做。发射由CSBF的索具、电子和天气团队负责。

气球是从一辆名为“The Boss”的巨型车辆上发射的,飞行所需的一切都以长长的直线排列在其后。首先是 The Boss 用起重机吊起有效载荷。接下来是一个降落伞,用于在飞行结束后将有效载荷带回地面。连接到降落伞的是气球(在上图中以粉红色包装纸包裹可见)。气球由类似于塑料购物袋的材料制成,因此非常脆弱!一旦它从包装纸中取出,就无法回头了,因为试图重新包装气球可能会造成一些损坏。我们正在等待包装纸被打开的消息。那时我们就知道发射迫在眉睫。


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只有气球的顶端充满了氦气。这足以将两吨重的 ANITA 提升到 36 公里的高度,在那里它将采集数据。一旦气球上升到较低密度的大气层,整个气球将膨胀到足球场大小。氦气通过两根长塑料管注入气球,并在添加正确的量后将其系紧。那个气球可以抬起整个有效载荷,因此在发射前需要做大量工作才能将其保持在地面上。

在发射时,“The Boss”开始沿着风向推动气球和有效载荷。它松开了有效载荷,气球开始在空中上升。时间很难掌握!如果握住有效载荷的时间太长,气球会拉得太猛,可能会撕裂。太早放手,又会把有效载荷掉到雪地上。真是太刺激了!当我们看到气球飘走时,大家都欢呼雀跃。

现在是数据时间。ANITA 上有不断写入数据的硬盘,但在飞行结束后才能访问,而且只有在有效载荷可以回收的情况下才能访问。(在某些情况下,有效载荷会落入水中或被雪覆盖,因此我们无法获得。)我们记录了大量的无线电信号数据,其中只有一小部分是真正的中微子或宇宙射线。我们通过卫星发送我们认为可能非常重要的数据。在飞行开始时,我们还可以“视线”访问气球,这意味着在气球越过地平线之前,我们可以通过无线电通信直接与仪器对话。此后,我们完全依赖卫星通信。ANITA 合作者全天候 24/7 观看数据流,以查看一切是否正常工作。我们监控仪器的温度、电压和电流水平以及传入的无线电数据的图表。

如果来自我们 48 个天线的信号以正确的方式匹配,我们就知道我们有一个中微子!我们在飞行后的几个月里仔细分析数据,以确保我们知道自己看到了什么。ANTIA 几乎绕南极洲转了一圈。如果我们幸运的话,我们可能会再转两圈。我们收集的数据越多,就越好。

长期以来,我们都认为 ANITA 是一个庞大的科学仪器,在我们面前耸立着。它漂浮在空气中看起来是如此之小。令人惊奇的是,这个有效载荷将揭示地球上能量最高的粒子。

Katie Mulrey received a B.S. in Physics and Mathematics at the University of Mary Washington in 2008. She is now in the final phase of her Ph.D. work in High Energy Particle Astrophysics at the University of Delaware. Katie is a part of the ANITA collaboration and is heading to Antarctica to participate in the 2014 ANITA balloon campaign, which will probe the highest energy processes in the universe.

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