TDLI RESEARCH ACHIEVEMENTS
9月下旬，由上海交通大学李政道研究所牵头的“海铃计划”（TRIDENT）深海中微子探测项目取得重要阶段性进展。团队完成首根全功能中微子探测串列样机的1900米水深布放，并接入中国科学院声学研究所建设的南海海底科学观测网，实现深海持续供电、实时数据采集与岸基回传。截至目前，串列持续稳定工作，初步数据分析成功识别出具有大气缪子特征的高能粒子候选事例。
这一进展标志着海铃首次完成从核心探测器研制、多探测单元精密集成、深海布放接驳到在线粒子观测的关键技术链路验证，实现了从实验室样机向深海实时观测系统的重要跨越。
图1：海铃计划海试团队（海上+岸基）
从单个探测球舱到多节点精密协同
本次布放的串列样机由六个自主研制的混合光电探测模块（hDOM）组成。作为海铃的核心探测单元，hDOM创新性地融合多通道光电倍增管（PMT）与硅光电倍增器（SiPM）各自的优势，兼具高光子收集效率与快速时间响应，为高精度中微子方向重建提供关键技术支撑。
相比单个探测器的研制，串列集成对系统协同提出了更高要求。多个hDOM不仅需要在稳定工作时保持低功耗，还必须在统一的精密时钟下完成多节点同步数据采集、传输与联合分析。团队围绕光电传感器批量测试与标定、多通道全波形读出、亚纳秒级授时、模块间实时通信等关键技术及系统可靠性开展系统攻关，完成多球舱串列的集成与联合调试。
通过与企业联合攻关，自主研制深海接驳盒、垂直光电复合缆，并采用国产湿插拔连接器，串列成功接入南海海底科学观测网，实现深海持续供电与探测数据实时回传。海铃探测器实现了由单机性能测试迈向真实海洋环境下的多节点协同、连续在线观测，为后续规模化阵列建设验证了关键系统能力。
图2:（左上）串列使用的PMT进行批量测试；（右上）首个完成集成的hDOM；（左下）6个完整的hDOM与接驳盒内部电子学进行联调；（右下）完成集成的串列样机，包括深海接驳盒、光电复合缆、湿插拔连接器。
深海精准布放，首次记录真实高能粒子信号
针对超长柔性精密探测串列的深海布放难题，团队采用自主研制的“蜘蛛系统”（Spider），实现串列的稳定布放和受控展开，并通过水下机器人（ROV）完成海底接驳与状态检查，检验了未来大规模阵列深海组网所需的关键技术。
图3:（左）串列样机集成到Spider，准备布放；（中）串列准备入水；（右）布放完成后ROV对展开的串列和hDOM进行巡检，姿态正常。
串列接入后，团队立即开展在线调试与数据分析，成功记录到具有大气缪子特征的高能粒子候选事例。
大气缪子由宇宙射线与地球大气相互作用产生，是比电子重约200倍的基本粒子，部分高能缪子能够穿透深海，并在海水中产生微弱的切伦科夫光。依托高精度时钟同步系统，串列上的多个hDOM能够准确记录光子信号的到达时间，并通过信号之间的时空关联识别高能粒子事例。
中微子望远镜对天体中微子的探测，同样依赖于捕捉中微子与海水相互作用后产生的缪子等次级带电粒子所发出的切伦科夫光，并通过不同探测球舱所记录信号的时空关联重建粒子事例。因此，此次大气缪子候选事例的识别，不仅验证了海铃串列的光子探测、精准授时和多节点协同采集能力，更为高能中微子事例的鉴别与后续轨迹重建提供了直接的实海实验依据，是迈向天体中微子观测的重要一步。
图4:（左）串列样机采集到的单光子信号；（右）串列样机记录的一个缪子事例，hDOM从上往下依次记录到多PMT复合过阈信号，其时间关系与粒子穿越串列及切伦科夫光在水中的传播特征相吻合。
从技术验证迈向工程建设
“海铃计划”旨在我国南海建设新一代深海中微子望远镜，通过探测来自宇宙深处的高能中微子，探索高能宇宙射线起源及极端天体物理过程。作为前期探索，“海铃一期”计划在南海“海铃盆地”建设包含10根中微子探测串列及1根刻度潜标串列的首个近赤道小型中微子望远镜，先期开展深海中微子探测技术与科学观测验证，一期项目预计在2027年完成。
图5：海铃一期中微子望远镜示意图
此次首根全功能串列的成功运行，是海铃从核心技术研发迈向阵列工程建设的重要里程碑。团队将继续开展长期稳定性测试、探测器原位刻度及粒子事例重建分析，为“海铃一期”的批量研制和整体部署积累经验。
从自主研制的核心探测器，到能够在真实深海环境中协同运行并捕捉高能粒子信号的全功能探测串列，海铃正逐步建立我国自主深海中微子观测的完整技术能力。下一步，海铃将在南海水深3500米的望远镜台址，从部署11根串列起步，逐步向大规模深海中微子望远镜拓展。恰逢今年诺贝尔物理学奖授予“冰立方”中微子望远镜，该研究领域正迎来黄金时期。立足这一科学前沿，我国“海铃计划”扎实推进，南海下一代中微子望远镜正在加速成形。
“海铃计划”由上海交通大学李政道研究所牵头发起，景益鹏院士任项目负责人，徐东莲副教授任首席科学家，船舶海洋与建筑工程学院承担项目深海工程任务，并联合物理与天文学院、海洋学院、化学化工学院、网络信息中心、海南研究院等构成校内研发团队。同时，项目还与清华大学、中国科学技术大学、自然资源部第二海洋研究所、广州海洋地质调查局、中国科学院深海科学与工程研究所等30多家校外单位开展合作研发。本次海试得到了中国科学院声学研究所及其建设运行的国家重大科技基础设施——南海海底科学观测网团队的大力支持，为探测串列的海底接入、供电通信和稳定运行提供了重要保障。“海铃计划”的持续推进还得到了暗物质物理全国重点实验室、国家科技部、国家自然科学基金委员会、上海市、海南省等有关部门和单位的长期支持，谨致谢忱。
文稿 | 海铃计划团队
编辑 | 孟闻卓
责任编辑 | 李姝姝 陆梦珠
信息来源：上海交通大学李政道研究所。
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