在地球的最底层无知的幸运者
2000年2月的一天，经过长时间的钻探，我和布鲁斯·高知坐在乞力马扎罗山顶火山口的沙子上，海拔5600 m。我们背靠背坐在背包上，看着日落，而高知沉迷于他的职业生涯。
“我不是做一个司钻。 我讨厌汽车。 我可能是世界上少数以这种方式对待他们的工程师之一。 我讨厌他们 发生在我身上的罕见愤怒案例是由于机器没有按照应有的方式工作。”
“我这样做是因为经验。 我做了皮划艇，然后退出了一家优秀的航空航天公司，决定从事生态学研究，然后从明尼苏达州开始通过
冰川学回到工程领域。 我总是去某个地方只是因为这个地方本身，而不是因为钻探。 我会尽力使钻探顺利进行，因为这意味着我可以去其他好的地方。”
Amundsen-Scott南极站的IceCube实验室。 这是一种粒子探测器，可搜索最亮的天体物理学源发出的中微子-爆炸的恒星，伽马射线爆发，涉及黑洞的灾难和中子星。 在他之前有一个阿曼达探测器。他没有获得冰川学的科学学位，并且，他回忆说：“当他们突然打电话给我，并说内布拉斯加林肯大学正在寻找一个拥有冰川学工程学学位的人时，他很快就没时间了。 所以我给他们打了电话，十月中旬我被电话录用了，两个星期后，我坐在一架飞往
罗斯冰架的飞机
上 。
罗斯冰架漂浮在
麦克默多南极站附近的海面，并为该站的机场威廉姆斯球场提供了稳定的平台。 它是地球上最大的浮冰块，大小可与法国媲美。 布鲁斯第一次在1977-1978年的南极夏季在那里。
内布拉斯加州林肯大学获得了美国国家科学基金会的一项合同，内容是在60 m的冰架上钻一口井，以便一群科学家能够研究藏在其下的海洋。 采矿工业中用于切割晶体的
火焰射流用作
钻头 。 它由两台每台重4.5吨的压缩机组成，它们在70个大气压的压力下向改进的喷气发动机（实际上是一个巨大的本生燃烧器）供应空气，并降落到井里，井里浑浊的水，喷出的火焰和未燃烧的柴油。
“好吧，”布鲁斯说，“她大声嘶哑。” 大量的噪音，大量的烟雾，大量的污垢。 但是她很快就在冰架上钻了。 结果发现了一个直径约45厘米的孔，这样科学家们就可以在那里降低小发明并进行实验。”
在接下来的十年中，他帮助威斯康星大学麦迪逊分校的冰川学家查理·本特利（Charlie Bentley）在南极洲的各个地区用热水钻（通常是一根巨大的花园软管）钻了许多小孔，以便本特利随后可以将炸药扔进孔中并进行地震实验。 他凝视着复杂的
冰芯钻探技术，在这种技术中，空心壁钻具有光滑的内壁，外部的雕刻和下面的尖齿，定期将其浸入冰中以切割段并将其一次拉起一米。 他在格陵兰岛和南极洲的许多地方（包括极点）钻取了冰芯，并且还为发明冰芯的高空钻探找到了时间。
到1990年春季，布鲁斯成为最优秀的专家之一。 他参加了三打钻探探险活动，并且是行星上各种形式的冰钻的最佳实用专家。 当美国极地冰芯部主任约翰·凯利来到布鲁斯并问帮助一群物理学家在格陵兰岛钻几口井以探索在南极建造中微子望远镜的可能性是否有趣时，他抓住了这个机会。 “当然！” -他回忆起自己的话。 “这是我听过的最有趣的项目！ 如果有必要，我不会睡觉，晚上会工作。”
1990年8月，威斯康星大学的物理学家鲍勃·莫尔斯（Bob Morse）和加州大学伯克利分校的毕业生汤姆·米勒（Tom Miller）来到格陵兰岛，开始了第一次为mu子捕捞的冰钓活动。 他们的渔具由莫尔斯（Morse）获得的三个
光电倍增器组成 。
传感器降入冰井布鲁斯准备了他去年夏天钻的井。 由于冰中的井由于冰压而坍塌，因此他钻了217米的深度。 物理学家在那里降低了钓鱼线，并进行了第一部分的测量。 然后，他们决定要增加光电倍增管和冰之间的光学连接，并询问钻孔机是否有任何液体可以倒入井中。 格陵兰高地的非冷冻液短缺，但它们有大量的
乙酸丁酯储备，可用于防止井眼坍塌。 他们把它倒在里面，以便足以盖住钓线，并进行了重复测量。
“我不知道为什么我们觉得我们需要拉出钓鱼线，”鲍勃说，“但是我们将其拉出，突然我们看到覆盖着所有物体的浓稠蓝色粘液。 乙酸丁酯溶解电线的外皮，并用美丽的紫蓝色将附近的所有积雪和液体涂成白色。 我们想知道是否至少会有一些光通过。 在降下之前，然后降下之后，我们对光电倍增管进行了拍照，在第二张照片中，它看起来像一个大葡萄果冰。 蓝色的液体在我的手套，衣服和脸上。 这是一种用于电缆的染料。 电力是可行的，但从表面上看，我们不确定我们做了什么。”
AMANDA（南极μ子和中微子探测器阵列）年轻团队[μon和中微子探测器的南极阵列]，其中包括Tim Miller，Buford Price，Andrew Westphal，Steve Barwick，Francis Halzen和Bob Morse [Doug Lowder，Tim Miller，Buford Price] ，安德鲁·韦斯特法尔（Andrew Westphal），史蒂夫·巴威克（Steve Barwick），弗朗西斯·哈尔岑（Francis Halzen），鲍勃·莫尔斯（Bob Morse）]致那年9月出版的《自然》杂志信。 弗朗西斯（Francis）相信，这封“信件发起了一项实验”，表明使用极地冰作为中微子探测器的想法“仍然很疯狂，但并不过分”。
该信中写道：“该孔充满了乙酸丁酯，乙酸丁酯是一种有机液体，因为其较低的冷冻温度和光学清晰度。” 没有提及蓝色粘液。 “我们发现结果令人鼓舞，并计划在即将到来的南部夏季在南极进行更深入的实验。”
他们进行这样的障碍和缺点就是进行科学实验。 正如鲍勃·莫尔斯（Bob Morse）写道：
格陵兰岛是匆忙编造实验的一个很好的例子，以免错过机会。 犯了错误，并获得了不完善的数据，这些数据仍然有用，如何使用正确的方法可以很方便地解决故障。 这是AMANDA项目之前的一个小实验，具有后来创建的AMANDA和IceCube项目的所有功能。 后来获得的成功仅得益于对用于放置和接收数据的系统的调试-但这项任务并非易事。 一个罕见的例子表明，资助实验的组织如何比许多实验者更信任数据（尽管不完美）。
弗朗西斯补充说：“很明显，我们不知道自己在做什么，所以这是一次真正的研究，对吗？”
他怀疑“很多人都有类似的想法，但他们比我更了解冰川学，显然认为它行不通。 如果我们真的了解我们在做什么，那么我们可能根本不会做。 而且，事实证明，许多我们应该知道的事情是错误的。”
IceCube钻机的5 MW加热装置。 热水通过软管从加热系统流到目前正在钻冰的地方。 用于钻探的软管长约3 km，并缠绕在中心的大线轴上。在他今天给年轻科学家的演讲中，他有时会以AMANDA项目的早期为例来标语：“不要读书，做生意。 最好是一个无知的幸运儿。” 原始发现通常是由不熟悉公认知识的年轻人做出的。 他相信自己能够在40岁以上的年龄做一些独创的事情，只是因为他天真地感觉到了“年轻”。 “只有当你仍然一无所知并且还没有读完所有书时，你才能做一些新颖的事情。”
他进入了实验世界，不受理论清晰逻辑的控制。 在实验中，不仅要考虑许多实践和战略要点-有时最好停下来思考片刻，然后做一些事情。
如果他阅读有关冰和水光学的权威教科书，他将“学习”纯冰中蓝光的吸收长度（大约三分之二的光被吸收的距离）约为8米。 然后一切都结束了。 他们将返回光电倍增管并回家。 如果切伦科夫的辐射实际上在这么短的距离内被吸收，那么填满一立方公里的冰需要大约200万个光电倍增管，而对它们来说只需要60亿美元。幸运的是，这本书是错误的。 他们从格陵兰岛的数据中获得了大约18米的值，尽管这个数字也不正确，但这是朝正确方向迈出的一步。
几年后，当他们仍在试图了解冰块，但已经收到迹象表明吸收长度实际上甚至超过18米时，麦迪逊的图书馆错误地向弗朗西斯办公室交付了打算供他人使用的书籍。 自然地，他开始观察它们，当他获得有关八米吸收长度的信息时，他感到背部发凉。
1991年的春季，鲍勃·莫尔斯，布鲁斯·高知，史蒂夫·巴维克和蒂姆·米勒南下进行了AMANDA的第一次钻探。 PICO实验在寻找暗物质存在的直接证据，还派出了一支钻井队，其中包括比尔·巴伯（Bill Barber）。
他们想使用末端带有喷嘴的软管以平行流的方式喷洒热水，之后，只需将喷嘴浸入重力作用下的融化冰中即可。 当使用热水进行钻探时，您需要承受大量非常高压的热水，并且需要大直径的软管并具有良好的墙体隔热性能，以便水沿向下一直保持热状态，并通过喷嘴将尽可能多的热量传递到冰上。 没错，有必要保持平衡并让一些热量通过侧壁散发，以使水不会在井的上部冻结。 有一天，布鲁斯指出，没有太大的中微子望远镜，而且“没有太大的热水钻头，因为最好的钻头是能立即钻一口井的钻头。” 当然，这是一个假想的演习-几乎立即传递无限量的热量-但它传达了本质：您需要大量的热量和巨大的软管。
布鲁斯知道他们的名为Bucky-1的装置在两个方面都有严重的局限性。 软管的直径只有2.5厘米，供热站仅包含0.5兆瓦的能源，该供热站包含几个直接站在冰上街头的锅炉。 他在罗斯（Ross）架子上使用的第一座热水钻使用了2兆瓦的电站。 “我们知道Bucky-1有局限性，但是我们不确定哪些是局限性的，因为这是任何人第一次尝试钻这么冷又深的冰。” 他计算得出，当它们经过1000 m时，由于沿软管长度的损耗而散发的热量将超过电站产生的功率。 换句话说，软管的下部可能会冻结。 他可以打不同的游戏，试图防止他冻结，例如，不断地升高和降低他以加热刚刚形成的孔中的水，但这将需要额外的燃料，并且确实很难做到。
他说：“钻热水不是for夫。” “我们试图将温度保持在至少50度，但这并不总是令人愉快的。”
AMANDA项目团队的浴缸吸引了每个人，浴缸中加热了水进行钻孔。 在科学基金会停止这项业务之前，他们在钻井现场的热水浴缸中举行派对。 他们玩得很开心，因为钻井本身就这样。
在第二口井，他们很贪婪，试图降到1000 m以下，这导致了热钻可预料的最坏结果。
“ Bucky-1被我们困住了，”鲍勃后来回忆道。 “他还在那儿。”
“是的，就像雷达标签一样，”布鲁斯说。
当PICO钻探Dave Kestor将头埋在窗帘上并低声说他有坏消息时，Bob睡在
Jamesweiss的北极帐篷里 。 由于该营地的三个班次之一一直试图入睡，因此“夏令营”中始终保持沉默。
“我们该怎么办？ -戴夫问。 “要在那里降低我们的工具？”
“我的上帝，我不知道，”鲍勃回答。 -我想会的。 我们已经在这个漏洞上投入了很多。 我们必须竭尽所能。”
他下床去寻找史蒂夫·巴维克。 “我说，”史蒂夫，他们在那里钻了个头。” 史蒂夫疯了，开始大吼大叫-他不知道特米勒在哪里，所以他早上三点去探视每个帐篷，并大声喊道：“蒂姆·米勒？ 蒂姆·米勒，你到底在哪里？ 你在哪里闲逛？”我以为现在有个身高2米的沉重的工人会站起来打史蒂夫。 我以为他有顶帽。”
PICO仅进行了两次轮班，每个轮班工作了12个小时，并且钻头在夜间轮班时卡住。 布鲁斯在白天，尽管他在钻进时仍然睡不着，但他却并肩行走，保持最新状态，甚至没有轮班-只是在烦扰发生时他就睡着了。 他们不仅卡在钻机中，而且还阻止了软管中的水流。 这可能是钻热水的唯一情况，没有办法。
布鲁斯后来说：“任何一生中至少钻过一次热水的人都犯了一个错误，并且热量不足。” 他认为他们很幸运能达到如此深度。
他们试图用
卡特彼勒D7推土机将其拉出。
鲍勃说：“这该死的软管像小提琴弦一样拉着。 他缩了一半。 当软管从该孔中伸出时，只有比尔·巴伯（Bill Barber）有勇气去那里站起来，然后拿锯子切割。 我们看到了软管如何以声音的速度消失在孔中，我们听到了这样的“ fyuyuyuyuyu”。
在这种情况下，当钻头的末端和相当大一部分的软管消失在井中时，他们遵循了昏昏欲睡的鲍勃的建议，并用那里的设备降低了钓鱼线。 由于某种原因-软管被卡住了，或者井口太狭窄-仅行进了150 m，然后他们开始担心来自地面的光会到达探测器，并阻挡可能接收到的任何μ子信号。 光电倍增管非常敏感。 他们在单光子水平上工作，也就是说，他们可以检测单个的光粒子。
“我环顾四周，说：”我们需要塞一个洞。 为什么要把她闭嘴？”鲍勃回忆道。 -我们有石棉和绿色垃圾袋。 如果环保主义者发现了这一点，他们就会把砖砌成砖：我开始在袋子里放石棉绝缘材料，以便它们变大，然后将它们扔进洞里，试图从光下塞住。 我想我在那里扔了三到四个-和我一样多。”
实验物理，具有所有缺点和问题。
马克·鲍文（Mark Bowen）是一位作家和物理学家。 他曾为《攀岩》，《自然史》，《科学》，《技术评论》，《 AMC Outdoors》杂志撰写文章，并自1998年以来一直参与AMANDA和IceCube项目。 摘自《冰上望远镜》，2017年。