首次在实验中检测到纯水中的反应堆反中微子

纯水首次被用于检测核反应堆产生的低能反中微子。 这项工作是由国际 SNO+协作 并可能导致开发出安全且负担得起的远程监控核反应堆的新方法。

SNO+ 探测器位于加拿大萨德伯里活跃矿井附近地下 2 公里处，是早期萨德伯里中微子观测站 (SNO) 的继任者。 2015年，SNO主任 麦当劳 因实验发现中微子振荡而获得诺贝尔物理学奖——这表明中微子的质量很小。

中微子很难检测到，因为它们很少与物质相互作用。 这就是为什么中微子探测器往往非常大并且位于地下——背景辐射较低的地方。

SNO 的核心是一个巨大的超纯重水球体，来自太阳的高能中微子偶尔会与水相互作用。 这会产生可以检测到的辐射闪光。

仔细测量

SNO 目前正在升级为 SNO+，作为过程的一部分，超纯水暂时用作检测介质。 这在 2018 年被液体闪烁体取代，但在团队能够进行一系列仔细测量之前。 这些引发了令人惊讶的结果。

“我们发现我们的探测器运行良好，并且有可能使用纯水探测来自遥远核反应堆的反中微子，”解释道 马克陈. 他是 SNO+ 主任，常驻加拿大金斯敦皇后大学。 “过去曾在重水中使用液体闪烁体检测到反应堆反中微子，但仅使用纯水检测它们，尤其是来自遥远的反应堆，将是第一次。”

在纯水中检测反应堆反中微子一直很困难，因为这些粒子的能量低于太阳中微子。 这意味着检测信号要微弱得多——因此很容易被背景噪音淹没。

较低的背景

作为 SNO+ 升级的一部分，检测器配备了氮气覆盖气体系统，可显着降低这些背景率。 这使得 SNO+ 协作能够探索一种替代方法来检测反应堆反中微子。

检测过程涉及中微子与质子相互作用，从而产生正电子和中子。 正电子产生即时信号，而中子稍后会被氢核吸收，产生延迟信号。

“使 SNO+ 能够完成这种检测的是非常低的背景和出色的光收集，从而实现了低能量检测阈值和良好的效率，”Chen 解释道。 “正是后者——前两个特征的结果——使我们能够观察到反中微子在纯水中的相互作用。”

“十几场活动”

“结果，我们能够确定十几个事件，这些事件可能归因于纯水中反中微子的相互作用，”陈说。 “这是一个有趣的结果，因为产生这些反中微子的反应堆在数百公里之外。” 反中微子检测的统计显着性为 3.5σ，低于粒子物理学发现的阈值（5σ）。

首次在实验中检测到纯水中的反应堆反中微子

结果可能对用于监测核反应堆的技术的发展产生影响。 最近的提议表明，可以通过在纯水中掺杂氯或钆等元素来降低反中微子的检测阈值——但现在，SNO+ 的结果表明，可能不需要这些昂贵的、具有潜在危险的材料来获得相同质量的结果。

尽管 SNO+ 无法再进行此类测量，但该团队希望其他团队能够很快开发出新的方法，使用安全、廉价且易于获取的材料在不会中断反应堆运行的距离内监测核反应堆。

该研究描述于 “物理评论快报”.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/reactor-antineutrinos-detected-in-pure-water-in-an-experimental-first/