這些世界頂級探測器，讓“中微子”無處遁形

本文作者：知社學(xué)術(shù)圈

2016-05-16 14:19

導(dǎo)語：研究中微子可以幫助我們理解關(guān)于宇宙的奧秘，然而科學(xué)家是怎樣探測到這些奇特的粒子呢？

雷鋒網(wǎng)按：本文作者Ali Sundermier，來自知社學(xué)術(shù)圈。

大家或許知道，中微子幾乎沒有質(zhì)量，運(yùn)動(dòng)速度接近光速。作為“幽靈粒子”，曾三十余載隱藏在科學(xué)家的視野之外。它產(chǎn)生于放射性元素的衰減，太陽，星辰，都可能釋放出中微子。它們能夠穿過物質(zhì)傳播而幾乎不受影響。研究中微子可以幫助我們理解關(guān)于宇宙的奧秘，然而科學(xué)家是怎樣探測到這些奇特的粒子呢？讓我們看看這些龐然大物。

高純鍺探測器陣列

這些世界頂級探測器，讓“中微子”無處遁形

Kai Freund/University of Tübingen

GERmanium Detector Array (GERDA) 位于意大利格蘭薩索實(shí)驗(yàn)室，通過對隔離在深山中的純鍺晶體中的電流活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測來尋找中微子。運(yùn)行GERDA的科學(xué)家們希望能夠發(fā)現(xiàn)一種非常罕見的放射性衰減。

理論上講，137億年前的那場宇宙大爆炸造就了等量的物質(zhì)和反物質(zhì)。當(dāng)物質(zhì)與反物質(zhì)發(fā)生碰撞，即彼此毀滅，只留下能量。

如果科學(xué)家能夠發(fā)現(xiàn)那種衰減，那很可能意味著中微子可以同時(shí)作為粒子和反粒子存在著。這將幫助解釋宇宙中為什么存在著諸多物質(zhì)，為何我們今天生活在這里。

薩德伯里中微子觀測站

這些世界頂級探測器，讓“中微子”無處遁形

SNOLAB

加拿大薩德伯里中微子觀測站 (Sudbury Neutrino Observatory, SNO) 于上世紀(jì)80年代建于1600米深的地下，最近改造升級為SNO+。

SNO+將探測來自地球、太陽甚至超新星的中微子。在其核心部位的巨型塑料球體內(nèi)填充著800噸特殊的物質(zhì)，稱為液體閃爍體。整個(gè)球體被“水殼”所環(huán)繞，并用繩索固定。它被約一萬個(gè)極其敏感的光檢測器監(jiān)控著，也就是所謂的光電倍增管 (PMTs)。

當(dāng)中微子與探測器中其他粒子發(fā)生接觸時(shí)，可在液體閃爍體中制造出光，而PMTs能夠?qū)Υ诉M(jìn)行捕捉。

正是在原有SNO的基礎(chǔ)上，科學(xué)家們才發(fā)現(xiàn)了中微子的三種形態(tài)。

冰立方中微子觀測站

這些世界頂級探測器，讓“中微子”無處遁形

Ian Rees/IceCube/NSF

阿蒙森-斯科特南極站矗立著世界最大的中微子觀測站。多達(dá)5160個(gè)探測器分布在南極的冰層之下，以尋找源自宇宙中諸如恒星爆炸、黑洞和中子星等極端事件產(chǎn)生的高能中微子。

據(jù)報(bào)道，當(dāng)中微子闖入冰層中的水分子時(shí)，釋放的亞原子粒子高能爆發(fā)，波及范圍可達(dá)多個(gè)城市街區(qū)。這些粒子運(yùn)動(dòng)極快，并發(fā)出一種錐形輝光，即切連科夫輻射 (Cherenkov radiation)。這正是冰立方探測器要捕捉的東西。

科學(xué)家們希望借此信息還原中微子的運(yùn)行路徑，辨認(rèn)它們的來源。