捕捉中微子:奶壶大探测器也能办

2017-08-07 08:49 来源:科技日报 
2017-08-07 08:49:28来源:科技日报作者:责任编辑:肖春芳

  现有中微子探测器都是埋在地下的数千吨庞然大物,它们才能隔绝宇宙射线等背景干扰,观测到足够数量的中微子。

  日前出版的《科学》杂志刊登论文称,美国科学家利用只有奶壶大小的探测器,首次捕捉到中微子与原子核间相干性散射,完成了那些巨型探测装置多年来苦苦追寻未果的重要目标,从实验上验证了40多年前提出的一项物理学理论。

  1974年,麻省理工学院理论物理学家丹尼尔·弗雷德曼提出了中微子—原子核相干性弹性散射理论,认为中微子和其他量子粒子一样具有波粒二象性。也就是说,中微子波长会随着粒子能量而变化,当其处于高能状态时,只与某个质子或中子发生相互作用;而当其处于低能状态时,就会与包含所有质子和中子在内的整个原子核发生相干性作用,中微子从原子核弹回,从而发出可以检测到的信号。

  几十年来,物理学家们一直在试图利用核反应堆找到这种弹性散射效应,但一无所获。杜克大学物理学家凯特·斯格尔伯格解释说,从质量大小来说,中微子好比乒乓球,原子核好比保龄球,用中微子弹射原子核,就如同用乒乓球撞击保龄球,你能看到保龄球滚动吗?而要验证弗雷德曼的理论,需要检测到原子核被中微子反弹。

  此次,斯格尔伯格和另外80位科学家共同组建的实验组,终于首次探测到中微子—原子核相干性散射。

  他们利用掺杂钠的碘化铯晶体制成奶壶大的高灵敏探测器,对橡树岭国家实验室散裂中子源(SNA)装置产生的中微子进行了检测。

  当中微子通过时,碘化铯晶体内的原子核会发生反弹,哪怕信号只有一点点,碘化铯晶体也能产生可以检测到的闪光。在461天的实验数据中,他们总共观测到了134次中微子散射事件。

  费雷德曼接受媒体采访时表示:“真的太激动了。43年了,我的理论终于得到了实验验证。”(记者聂翠蓉)

[责任编辑:肖春芳]
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