利用水探测新的中微子方法

发表在《物理评论快报》杂志上的研究由包括艺术与科学学院Edmund J.和Louise W. Kahn学期教授Joshua Klein在内的国际科学家团队进行，在检测中微子方面取得了重大突破。

被称为萨德伯里中微子观测(SNO+)的国际合作实验位于安大略省萨德伯里的一个矿井中，距离最近的核反应堆约240公里(约149.13英里)，使用纯水探测到亚原子粒子，称为反中微子。克莱因指出，以前的实验已经用液体闪烁体完成了这项工作，液体闪烁体是一种类似油的介质，当电子或质子等带电粒子通过它时会产生大量的光。

“鉴于探测器需要距离反应堆240公里，大约是纽约州长度的一半，需要大量的闪烁体，这可能非常昂贵，”克莱因说。“因此，我们的工作表明，可以建造非常大的探测器来仅用水来做到这一点。

什么是中微子和反中微子以及为什么你应该关心

克莱因解释说，中微子和反中微子是微小的亚原子粒子，是宇宙中最丰富的粒子，被认为是物质的基本组成部分，但由于它们与其他物质的稀疏相互作用以及它们不能被屏蔽，科学家们很难探测到它们，这意味着它们可以穿过任何和一切。但这并不意味着它们是有害的或放射性的：每秒有近100万亿个中微子在不通知的情况下穿过我们的身体。

然而，这些特性也使这些难以捉摸的粒子可用于理解一系列物理现象，例如宇宙的形成和遥远天体的研究，并且它们“具有实际应用，因为它们可用于监测核反应堆并可能探测秘密核活动，”克莱因说。

他们来自哪里

虽然中微子通常是由高能反应产生的，如恒星中的核反应，例如氢在太阳中融合成氦，其中质子和其他粒子碰撞并释放中微子作为副产品，但克莱因说，反中微子通常是人工产生的，“例如，核反应堆，分裂原子核，由于反应产生的放射性β衰变而产生反中微子，“他说。“因此，核反应堆产生大量的反中微子，并使其成为研究它们的理想来源。

为什么这一最新发现是一个突破

“因此，通过测量反应堆的反中微子来监测反应堆可以告诉我们它们是打开还是关闭，”克莱因说，“甚至可能它们正在燃烧什么核燃料。

克莱因解释说，因此可以监测外国的反应堆，看看该国是否正在从发电反应堆转向制造武器级材料的反应堆。例如，仅用水进行评估意味着可以建造一系列大型但廉价的反应堆，以确保一个国家遵守其在核武器条约中的承诺;它是确保核不扩散的把柄。

为什么以前没有这样做

“反应堆反中微子的能量非常低，因此探测器必须非常干净，即使是微量的放射性，”克莱因说。“此外，探测器必须能够以足够低的阈值'触发'，以便可以检测到事件。

他说，对于一个远在240公里的反应堆来说，反应堆至少含有1吨水尤为重要。SNO+满足所有这些标准。

引领潮流

克莱因感谢他的前学员Tanner Kaptanglu和Logan Lebanowski带头进行这项工作。虽然这种测量的想法是Kaptanglu博士论文的一部分，但前博士后研究员Lebanowski监督了这次手术。

“通过我们的仪器小组，我们设计和制造了所有的数据采集电子设备，并开发了探测器'触发'系统，这使得SNO+具有足够低的能量阈值来检测反应堆反中微子。