多信使探测器

多信使探测器通过光以外的载体观测宇宙，记录中微子、宇宙射线和引力波，以互补的视角研究天体物理事件。

Definition

多信使探测器是观测天体物理中微子、宇宙射线或引力波的仪器，将天文学从电磁辐射扩展到其他粒子和时空涟漪。

Scope

本主题涵盖使用水或冰作为切伦科夫介质的大体积中微子探测器、在广阔区域采样广延大气簇射的宇宙射线观测站、千米级激光干涉仪引力波探测器、使这些测量成为可能噪声源和隔离系统，以及将这些信使与电磁后续观测联系起来的警报协调。

Core questions

• 天体物理中微子是如何在弱相互作用下被探测到的？
• 引力波是如何测量的？
• 最高能量的宇宙射线是如何被观测到的？
• 为什么协调多个信使在科学上具有强大的力量？

Key theories

中微子的切伦科夫探测

中微子偶尔会在大体积的水或冰中发生相互作用，产生带电粒子，其切伦科夫光被光电倍增管阵列记录下来，以重建能量和方向。

引力波的干涉测量

通过的引力波会微小地改变千米级激光干涉仪垂直臂的长度，只有在抑制了地震、热和量子噪声后才能提取出这一信号。

宇宙射线的大气簇射探测

高能宇宙射线在大气中引发次级粒子级联，这些粒子通过地面探测器阵列进行采样，或通过其荧光被观测到。

Clinical relevance

多信使探测为宇宙打开了新的窗口，引力波揭示了合并的黑洞和中子星，高能中微子指向了活跃星系；将多信使与电磁观测相结合，可以获得任何单一通道都无法实现的见解。

History

宇宙射线于1912年被发现，太阳和超新星中微子从20世纪60年代开始被探测到，探测器在冰中发展到立方千米规模。2015年LIGO首次直接探测到引力波，随后在2017年联合观测到中子星合并，确立了多信使天文学。

Key figures

• Rainer Weiss
• Kip Thorne
• Masatoshi Koshiba

Seminal works

• ligo2016
• saulson1994
• longair2011

Frequently asked questions

如何探测像中微子这样难以捉摸的粒子？

中微子相互作用非常罕见，因此探测器必须非常巨大。实验装置在大量水或极地冰中安装光传感器，等待罕见的中微子发生相互作用，产生带电粒子，其微弱的切伦科夫辉光被记录下来，以推断中微子的能量和方向。

引力波探测器实际测量的是什么？

它测量的是引力波拉伸和挤压时空时，两条相互垂直的千米长臂相对长度的微小变化。这种变化远小于原子核，因此仪器使用激光干涉测量和精密的隔离系统，以在噪声中感知它。