作者艾伦·杜布罗，德克萨斯大学奥斯汀分校 冰立方探测器记录的Glashow事件的可视化
每个彩色圆圈显示一个由事件触发的冰立方传感器；红色圆圈表示较早触发的传感器，绿色蓝色圆圈表示较晚触发的传感器
这个活动被戏称为“绣球花”
“信用:冰立方协作 这个想法是如此的遥不可及，以至于看起来像科幻小说:在南极洲一块一立方千米的冰上建立一个天文台，来跟踪穿过地球的被称为中微子的幽灵粒子
但是对冰立方中微子天文台的全球计算经理贝内迪克·里德尔来说，这是完全有道理的
里德尔解释说:“在其他任何地方建造一座类似的天文台都将耗资巨大。”
“南极洲的冰是一种很好的光学材料，它能让我们感觉到中微子，这是其他地方没有的
" 中微子是质量接近于零的中性亚原子粒子，可以以接近光速的速度穿过固体物质，很少与正常物质发生反应
20世纪50年代，在核反应堆附近运行的实验中首次检测到它们，这些反应堆也产生这些粒子
他们被进一步发现是由宇宙射线与我们的大气层相互作用产生的
但是天体物理学家认为，如果它们能够被探测到的话，它们很可能是由各种各样的宇宙事件引起的，而且范围很广
重要的是，科学家认为它们可能是其他现象的关键线索
“20%的潜在可见宇宙对我们来说是黑暗的，”里德尔解释道
“这主要是因为距离和宇宙的年龄
高能光也是隐藏的
它被吸收或经历转化，从而很难追溯到源头
冰立方揭示了我们尚未观察到的宇宙的一部分
" 多信使天文学工具箱中的一个重要新工具 多信使天文学描述了一种结合对光、引力波和粒子的观察来理解宇宙中一些最极端事件的方法
中微子在这类研究中起着重要的作用
在1987年之前，随着超新星1987a的爆发，所有的太阳系外天文观测都是基于光子的
今天，额外的探测系统增加了我们的宇宙观，包括所有的天空探测和引力波探测器
然而，大多数天文台只能观察天空的一小部分
由于中微子的性质，冰立方可以从任何方向观察这些粒子的飞行，因此可以作为全天的哨兵
南极洲阿蒙森-斯科特南极站的冰块——有10万年的历史，非常清晰——装有传感器，位于地表以下1450到2450米之间
当中微子穿过冰时，它们可能与质子或中子相互作用，产生光子，然后光子穿过冰，可以被传感器探测到
传感器将这些来自中微子相互作用的信号——一小时几个——转换成数字数据，然后进行分析，以确定它们是本地来源(地球大气层)还是远程来源
威斯康辛冰立方粒子天体物理中心的执行主任詹姆斯·麦德森说:“根据分析，研究人员还能够确定粒子来自天空的什么地方，它的能量，有时还有中微子的类型——电子、μ子或τ。”
2017年，冰立方探测到一个能量为290太电子伏特(TeV)的中微子，并发出了警报
这次探测引发了一场涉及20多架天基和地基望远镜的大规模行动
他们发现了一个blazar 3
根据Riedl的说法，5亿光年之外，首次发现高能宇宙射线源，开启了多信使探测的新时代
他解释说:“我们不断地以近乎实时的方式搜索数据集，寻找有趣的中微子事件。”
“我们找到了一个，并向社区发送了电子邮件提醒
他们继续进行所有这些电磁观测，精确定位一个已知的伽马射线源
他们还发现，在一个月的时间里，源头的活动增加了
" 冰立方发现高能电子反中微子的证据 2021年3月10日，冰立方宣布探测到一个格拉肖共振事件，这是诺贝尔奖获得者物理学家谢尔登·格拉肖在1960年预测的现象
Glashow共振描述了一个W的形成？玻色子——一种调节弱力的基本粒子——在高能电子反中微子与电子相互作用的过程中，在反中微子能量为6时达到峰值
3千兆电子伏(PeV)
它的存在是粒子物理标准模型的一个关键预测
结果进一步证明了冰立方做基础物理的能力
该结果发表在3月10日的《自然》杂志上
冰立方中微子天文台是同类探测器中的第一个，旨在从南极冰深处观察宇宙
一个负责科学研究的国际科学家小组组成了冰立方合作组织
信用:余亚牧野，IceCube/NSF 虽然这种能量规模对于目前和未来计划中的粒子加速器来说是遥不可及的，但自然天体物理现象预计会产生超出PeV能量的反中微子
作者写道，格拉肖共振发现的消息，“表明天体物理通量中存在电子反中微子，同时也进一步验证了粒子物理的标准模型。”
“它的独特特征表明了一种区分中微子和反中微子的方法，从而提供了一种识别天文加速器的方法，这些加速器通过强子核或光强子相互作用产生中微子，无论有无强磁场
" 中微子探测需要大量的计算资源来模拟探测器的行为，并区分太阳外信号和大气中宇宙射线相互作用产生的背景事件
里德尔是一个大型研究团体的协调人，据他估计，这个团体有300人，他们在德克萨斯高级计算中心(TACC)使用弗龙特拉超级计算机，这是一个由国家科学基金会资助的全国性团体的资源
冰立方被授予弗龙特拉时间作为大规模社区伙伴关系轨道的一部分，该轨道提供长达三年的延长拨款，以支持长期科学实验
冰立方已经收集了14年的数据，最近获得了国家科学基金会的资助，用于在未来几年扩大业务，它就是这样一个实验的主要例子
“Frontera的部分资源促成了这一发现，”Riedl说
“经过多年的蒙特卡洛模拟，我们发现我们可以做到这一点
" IceCube使用来自许多来源的计算资源，包括开放科学网格、极限科学和工程发现环境(XSEDE)、他们自己的本地超级计算集群，以及最近的亚马逊网络服务云
里德尔说，Frontera是使用的最大的系统，但是，它可以处理中微子社区的大部分计算需求，为紧急分析保留本地或云资源
“Frontera上的许多计算可能与发现没有直接联系，但它有助于以后更好地识别信号和开发新算法，”他说
冰建模和跟踪有希望的信号 冰立方科学家使用Frontera进行的项目各不相同，但它们通常要么涉及计算，以更好地理解冰的光学性质(因此可以准确确定中微子探测的轨迹和其他特征)；或者分析被认为重要的特定事件的计算
第一类计算主要使用光线追踪来计算中微子相互作用时产生的高能带电粒子在冰中的光路
光线会散射或被冰中的缺陷吸收，使分析变得复杂
里德尔发现，使用图形处理单元可以将研究光在冰中传播的模拟速度提高数百倍
冰立方团队是包括英伟达RTX图形处理器在内的前端图形处理器子系统的最大用户之一
第二种类型的计算发生在科学家收到警报，说他们收到了有趣的信号
“我们启动了一个计算来分析这个可以扩展到一百万个处理器的事件，”里德尔说
“我们没有这些，所以Frontera可以给我们一部分计算能力来运行重建或提取算法
我们大概一个月会有一次这样的活动
" “对冰立方设施及其产生的数据的大规模模拟使我们能够快速准确地确定这些中微子的属性，这反过来揭示了宇宙中最具能量的事件的物理性质，”TACC数据密集型计算部主任尼尔·加夫尼说
“这是在地球上无法复制的环境中验证基本量子力学物理的关键
" 今天的天文学家可以用许多不同的方式观察宇宙，计算现在几乎是他们所有人的中心
“我们已经从传统的用望远镜看天空的人的观点，发展到大规模的仪器，到现在的粒子物理和粒子观测站，”里德尔说
“有了这种新模式，我们需要在短时间内进行大量计算，以进行大规模的时间敏感计算，而像TACC这样的大型科学计算中心可以帮助我们进行科学研究
"
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