在构成粒子物理标准模型的所有基本粒子中，中微子仍然是最神秘的。它们几乎没有质量——但并非完全没有！它们不带电荷，几乎从不与其他粒子相互作用。它们似乎也没有固定的身份，而是不断振荡，在三种不同的“味道”之间切换。在你阅读本文时，它们正穿过你的身体——太阳不断产生巨量的中微子——但探测它们仍然很困难，而且我们对它们的了解仍然很少。
“中微子是非常神秘的粒子，”Damien Dornic 说，他是 2 月 12 日发表在《自然》杂志上的一篇新论文的合著者之一。该论文描述了位于地中海深处的中微子探测器——千立方米中微子望远镜 (KM3NeT) 探测到一个极高能中微子衰变产物的过程。科学家们计算出该中微子携带的能量约为 220 百亿亿电子伏特 (PeV)，使其成为迄今为止观测到的能量最高的中微子。(220 PeV 是一个非常高的能量：相比之下，大型强子对撞机碰撞粒子的最高能量为 13.6 太电子伏特，仅为该中微子估计能量的 0.006%；反过来说，这意味着该中微子携带的能量相当于 16,000 多次大型强子对撞机碰撞的能量。)
中微子本身并没有被直接观测到；相反，它的存在是从探测到另一种名为 μ 子（muon）的粒子中推断出来的，该粒子于 2023 年 2 月 13 日点亮了两个粒子探测器之一。科学家们花费了过去两年时间审查数据并重建 μ 子的轨迹，得出结论认为，它是物质粒子与超高能中微子相互作用产生的。
虽然中微子仍然极其难以捉摸，但 μ 子却更容易探测，并且人们对其的理解也远为深入。它们通常被描述为电子的“重表哥”，因为——除了一些仍是积极研究主题的非常细微的差异外——它们与我们熟悉的电子几乎完全相同。然而，有一个关键区别：μ 子的质量大约是电子的 200 倍。
如此高的质量使得 μ 子不稳定，平均而言，它们在存在不到两微秒（微秒是百万分之一秒）后就会衰变成更轻的粒子。似乎这个短暂的寿命也可能使 μ 子难以探测，但相对论效应意味着，从我们的角度来看，高能 μ 子似乎存在的时间远远超过这个时间。所谓的“时间膨胀”和“长度收缩”的相对论效应基本上意味着，从我们的参照系来看，μ 子运动的速度越快，它衰变所需的时间就越长。
地球上探测到的大多数 μ 子是由宇宙射线产生的，宇宙射线是高能粒子——通常是质子——它们会与地球高层大气中的粒子碰撞，从而产生大量奇异的、寿命短暂的粒子。以这种方式产生的 μ 子具有足够的能量，其中一些能够到达地球表面。
然而，2023 年撞击 KM3NeT 探测器的 μ 子不可能是这些 μ 子之一：与从上方下降的宇宙射线 μ 子不同，它几乎是水平到达的。论文计算得出，要以这种方式到达 KM3NeT，它必须穿过近 100 英里的海水和岩石——这比由宇宙射线相互作用产生的 μ 子可能传播的距离要远得多。驱动该 μ 子沿此轨迹传播如此之远的巨大能量，引起了科学家的注意，表明它非常不寻常——并暗示其起源同样奇特。
那么它来自哪里？是什么可能赋予一个微小、幽灵般的粒子如此巨大的能量？“只有宇宙中最强大的源头才能够产生这样的中微子，”Dornic 说。“活动星系核，特别是耀变体，是特别有趣的（潜在）来源。来自星暴星系的伽马射线暴也可能是候选者。”
“活动星系核” (AGN) 这个词指的是一个星系的中心，该星系中心的超大质量黑洞正在积极吞噬物质。坠入的物质形成吸积盘，由此产生的强大磁场以极高的速度将部分物质以喷流的形式从黑洞的两极射出，垂直于吸积盘。Dornic 解释说，耀变体是一种具有特殊性质的活动星系核：“在耀变体中，喷流指向地球。”这意味着这些高能物质——可能包括 2023 年 2 月向地球飞来的那个中微子——正直接轰向我们。
Dornic 表示，在对这些极高能中微子做出任何明确的起源论断之前，需要进行更多的研究。然而，他说，《自然》杂志上描述的这个中微子探测代表了天文学的一个里程碑：“[中微子]……可以用来研究宇宙中最具灾难性源头的核心。它们真的是怪物，与质量为数百万到数十亿倍太阳质量的超大质量黑洞的活动有关。有了这个超高能中微子，我们正在为我们的宇宙打开一扇新窗口。（这是）一些超级令人兴奋的未来结果的基石。”
