每隔几秒钟，在可观测宇宙的某个地方，一颗大质量恒星就会坍缩并引发超新星爆炸。物理学家表示，日本超级神冈天文台现在可能正在从这些灾难中收集到稳定的中微子流——每年可探测到几次。
这些微小的亚原子粒子对于理解超新星内部发生的情况至关重要：由于它们从恒星坍缩的核心中冲出并穿过太空，它们可以提供有关极端条件下发生的任何潜在新物理的信息。
在上个月于意大利米兰举行的2024 年中微子会议上，东京大学物理学家 Masayuki Harada透露，超新星中微子的第一批迹象似乎来自超级神冈探测器每天从其他来源收集的粒子杂音，例如撞击大气层的宇宙射线和太阳核心的核聚变。东京大学物理学家、该实验的发言人 Masayuki Nakahata 表示，结果“表明我们开始观察到一个信号”，该实验通常被称为 Super-K。但 Nakahata 警告说，在 956 天的观察中收集的支持数据仍然非常薄弱。
难以捉摸的粒子
中微子极难捕捉。大多数中微子穿过行星就像光线穿过玻璃一样，而超级神冈探测器只能捕捉到穿过行星的中微子中的一小部分。即便如此，该探测器仍有相当大的机会捕捉到来自超新星的中微子，因为宇宙中应该充满了中微子。恒星的坍缩会释放出数量惊人的中微子(估计约为 10 58)，产生天体物理学家所说的弥散超新星中微子背景。
但到目前为止，还没有人能够探测到这种背景。中微子只有一次被确凿地追溯到一颗坍缩的恒星——中畑是 1987 年使用神冈二号探测器(Super-K 的前身)发现这些粒子的研究人员之一。这次探测之所以能够实现，是因为超新星发生在大麦哲伦星云中，这是一个矮星系，距离地球足够近，爆炸恒星的中微子大量到达地球。
2018-2020年，超级神冈探测器(位于本州岛中部飞騨附近一公里深的岩石下的一个装有5万吨纯净水的水箱)进行了一次简单但重要的升级，旨在提高其区分超新星中微子与其他粒子的能力。
当中微子(或者更准确地说，是它的反粒子，反中微子)与水中的质子碰撞时，质子会转变成一对其他粒子，即中子和反电子。反电子在水中高速移动时会产生一道闪光，而这道光会被排列在水箱壁上的传感器捕捉到。就其本身而言，这道闪光可能与来自其他许多来源的中微子或反中微子产生的闪光难以区分。
但在升级过程中，科学家在超级神冈号的水中添加了钆基盐。这使得反中微子撞击水时产生的中子能够被钆核捕获，从而释放出第二道闪光，这是个明显的能量闪光。超级神冈号物理学家在寻找超新星中微子时，会寻找两个闪光的快速序列，一个由反电子产生，另一个由被捕获的中子产生。
Nakahata 表示，真正的超新星信号仍需数年时间才能清晰出现，因为双闪信号可能来自其他中微子源，包括宇宙射线撞击大气层产生的信号。但他补充说，到 2029 年 Super-K 计划关闭时，它应该已经收集了足够的数据来做出有力的断言。
而规模更大的超级神冈探测器计划于 2027 年左右完成，它可能会大大改善超级神冈探测器的结果。伦敦国王学院物理学家、该项目联合发言人 Francesca Di Lodovico 表示，最初，超级神冈探测器将充满纯水，但“探测器的所有组件都经过测试，与钆兼容”，钆可能会在以后添加。
中畑说，如果能证明数十亿年前遥远超新星爆发产生的中微子仍然存在，就能证实中微子是稳定粒子，不会衰变成其他粒子。物理学家长期以来一直怀疑这一点，但一直未能确凿地证明。
哈拉达说，测量超新星中微子能量的全谱还可以提供线索，说明在宇宙历史的不同时期有多少超新星爆发。此外，它还可以揭示有多少坍缩的恒星形成了黑洞——这将阻止中微子的发射——而不是留下中子星。
超级神冈探测器的数据仍然太弱，不足以宣称有发现，但探测到弥散中微子的前景“极其令人兴奋”，亚特兰大佐治亚理工学院物理学家、南极冰立方中微子观测站发言人伊格纳西奥·塔博阿达 (Ignacio Taboada) 表示。“中微子将为宇宙中恒星形成的历史提供独立的测量数据。”
