在150英里外的纯净水中检测到核电站的幽灵般的光芒

早在2018年，加拿大安大略省一个埋在数公里岩石下的最纯净水箱在几乎无法检测到的颗粒撞击其分子时闪现。

这是第一次用水来探测一种被称为反中微子的粒子，它起源于240多公里（150英里）外的核反应堆。这一令人难以置信的突破有望中微子使用廉价、易获得和安全材料的实验和监测技术。

作为宇宙中最丰富的粒子之一，中微子是奇怪的小东西，有很大的潜力揭示对宇宙的更深入的见解。不幸的是，它们几乎是无质量的，不带电荷，几乎不与其他粒子相互作用。它们大多在太空和岩石中流动，好像所有的物质都是无形的。它们被称为幽灵粒子是有原因的。

反中微子是中微子的反粒子对应物。通常，反粒子的电荷与其粒子等效物相反;例如，带负电电子的反粒子是带正电的正电子。由于中微子不带电荷，科学家只能区分两者基于事实电子中微子将与正电子一起出现，而电子反中微子与电子一起出现。

电子反中微子发出在核β衰变期间，一种放射性衰变，其中中子衰变成质子，电子和反中微子。然后，这些电子反中微子之一可以与质子相互作用以产生正电子和中子，这种反应称为逆β衰变。

内衬光电倍增管的大型液体填充罐用于检测这种特殊的衰变。它们旨在捕捉微弱的光芒切连科夫辐射由比光速更快的带电粒子在液体中传播产生，类似于打破声障产生的音爆。所以它们对非常微弱的光线非常敏感。

核反应堆会产生大量的反中微子，但它们的能量相对较低，这使得它们难以被发现。

进入SNO+.它埋在超过2公里（1.24英里）的岩石下，是世界上最深的地下实验室。这种岩石屏蔽提供了防止宇宙射线干扰的有效屏障，使科学家能够获得异常分辨的信号。

如今，该实验室的780吨球形罐中装满了线性烷基苯，这是一种放大光线的液体闪烁体。早在 2018 年，当该设施进行校准时，它就充满了超纯水。

梳理了2018年校准阶段收集的190天数据，SNO+合作发现了逆β衰变的证据。在此过程中产生的中子被水中的氢核捕获，氢核反过来在非常特定的能级（2.2兆电子伏特）下产生柔和的光芒。

水切伦科夫探测器通常难以探测低于 3 兆电子伏特的信号;但是充满水的SNO+能够检测到低至1.4兆电子伏特。这为检测2.2兆电子伏特的信号产生了约50%的效率，因此该团队认为寻找逆β衰变的迹象是值得的。

对候选信号的分析确定它可能是由反中微子产生的，置信水平为3西格玛 - 概率为99.7%。

结果表明，水探测器可用于监测核反应堆的发电量。

同时，SNO+正被用于帮助更好地理解中微子和反中微子。因为中微子是无法直接测量我们对他们了解不多.最大的问题之一是中微子和反中微子是否是完全相同的粒子。一个罕见的，从未见过的衰变可以回答这个问题。SNO+目前正在寻找这种衰变。

“令我们感兴趣的是，纯水可以用来测量反应堆和如此远的距离的反中微子，”物理学家洛根·莱巴诺夫斯基说。SNO+ 合作和加州大学伯克利分校，早在 2023 年 3 月。

“我们花费了大量精力从190天的数据中提取了一些信号。结果是可喜的。

该研究已发表在物理评论信.

本文的一个版本于 2023 年 4 月首次发布。

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