中微子—原子核相互作用首获观测
据《物理评论快报》10日报道，英国牛津大学牵头的科学家团队首次观测到太阳中微子在地下探测器中触发罕见核反应，使碳原子转化为氮原子。长期以来，中微子因几乎不与物质相互作用而难以被直接观测，这次突破显示科学家已具备在极低能区间研究中微子—原子核相互作用的能力，为核物理和粒子物理相关研究打开了新窗口。
萨德伯里中微子天文台SNO+实验核心是一个直径12米的亚克力容器，装有约800吨用于探测中微子的液体，周围环绕着9000个光电倍增管。图片来源：SNOLAB
中微子是宇宙中最神秘的粒子之一，中微子的直接探测长期以来一直是粒子物理领域的一大挑战。
此次实验依托深埋在加拿大萨德伯里地下约两千米处的SNO+中微子探测器。研究团队关注的是一种极为罕见的相互作用，即高能太阳中微子撞击实验介质中的碳-13原子核，使其转变为放射性的氮-13。氮-13会在约10分钟后发生衰变。为识别这一过程，团队采用了“延迟符合”探测方法，先捕捉中微子撞击碳-13原子核时产生的瞬时闪光，再寻找数分钟后由氮-13放射性衰变产生的第二次闪光。两个信号在时间上的明确关联，为区分真实中微子事件与背景噪声提供了可靠依据。
SNOLAB的SNO+控制室内的活动显示屏。图片来源：SNOLAB
结果显示，在2022年5月4日至2023年6月29日的231天观测期内，实验共观测到约5.6个相关事件，与太阳中微子理论预期产生的4.7个事件在统计上相符。这标志着科学家首次在实验中直接观测到太阳中微子与碳-13原子核发生的这一核反应。
研究团队表示，该成果不仅是迄今为止能量最低的中微子—碳-13原子核相互作用观测记录，也是针对这一反应通道首次获得直接反应截面测量数据。如今，科学家不仅能更精确地测量太阳中微子，还开始将其作为“天然探针”，用于研究其他罕见的原子核反应过程。