這項發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著理解低能中微子在物質(zhì)內(nèi)部行為的重要進(jìn)展。

研究人員報告了太陽中微子將碳轉(zhuǎn)化為氮的首個證據(jù)。SNO+實驗采用延遲符合信號技術(shù)，成功將目標(biāo)事件與背景噪聲分離。

位于加拿大薩德伯里地下兩公里（1.24英里）礦井中的SNO+探測器，經(jīng)過一年多數(shù)據(jù)采集后捕獲了這一難以捉摸的信號。由牛津大學(xué)主導(dǎo)的研究團(tuán)隊利用該探測器開展實驗。深層地下環(huán)境有效屏蔽了宇宙射線和背景噪聲的干擾，使研究人員得以分離出中微子撞擊原子核產(chǎn)生的極微弱信號。

中微子仍是宇宙中最神秘的粒子之一，它們極少與物質(zhì)發(fā)生相互作用，每秒有數(shù)萬億中微子穿過人體。這些粒子產(chǎn)生于太陽內(nèi)部的核反應(yīng)等過程，探測它們需要極大的耐心、精密的設(shè)備和完善的屏蔽措施。

SNO+團(tuán)隊重點(diǎn)觀測了中微子與碳-13的相互作用，這種稀有碳同位素存在于探測器的液體閃爍體中。當(dāng)高能太陽中微子撞擊碳-13原子時，會將其轉(zhuǎn)化為氮-13原子核，新原子核約十分鐘后發(fā)生衰變。

研究采用延遲符合技術(shù)：先捕捉中微子撞擊產(chǎn)生的初始閃光，再等待數(shù)分鐘后尋找氮-13衰變時發(fā)出的二次閃光。這種配對模式有助于從背景信號中甄別真實事件。

2022年5月至2023年6月的231天觀測期內(nèi)，研究團(tuán)隊識別出5.6次此類事件，與該時期預(yù)期的4.7次太陽中微子事件數(shù)量基本吻合。

罕見反應(yīng)得到證實

論文第一作者、牛津大學(xué)博士生古利弗·米爾頓稱這項探測是重大成就："捕捉這種相互作用是非凡的突破。盡管碳同位素含量稀少，我們依然觀測到了它與源自太陽核心、穿越漫長距離抵達(dá)探測器的中微子之間的相互作用。"

該成果建立在數(shù)十年中微子研究基礎(chǔ)上。合著者史蒂文·比勒教授指出其歷史傳承："太陽中微子本身多年來一直是引人入勝的研究課題，我們的前身實驗SNO對它們的測量曾促成2015年諾貝爾物理學(xué)獎。"他補(bǔ)充說，如今認(rèn)知已足夠深入，研究人員甚至能將太陽中微子作為研究稀有原子反應(yīng)的"測試束流"。

為未來研究奠基

SNO+實驗改造利用了早前首次證明中微子在太陽至地球傳播過程中存在三種類型轉(zhuǎn)換的SNO裝置。SNOLAB實驗室科學(xué)家克里斯汀·克勞斯博士強(qiáng)調(diào)："據(jù)我們所知，這是迄今對碳-13原子核中微子相互作用的最低能量觀測，并首次直接測量了該特定核反應(yīng)生成氮-13原子核基態(tài)的截面數(shù)據(jù)。"

研究人員表示，這項突破為研究中微子稀有相互作用開辟了新途徑，或?qū)⒅笇?dǎo)未來探測器設(shè)計，推動科學(xué)家理解這些幽靈般的粒子如何影響核過程乃至更廣闊的宇宙。

該研究成果已發(fā)表于《物理評論快報》期刊。

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