科技日報(bào)記者 張佳欣

據(jù)《物理評論快報(bào)》10日報(bào)道，英國牛津大學(xué)牽頭的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)首次觀測到太陽中微子在地下探測器中觸發(fā)罕見核反應(yīng)，使碳原子轉(zhuǎn)化為氮原子。長期以來，中微子因幾乎不與物質(zhì)相互作用而難以被直接觀測，這次突破顯示科學(xué)家已具備在極低能區(qū)間研究中微子—原子核相互作用的能力，為核物理和粒子物理相關(guān)研究打開了新窗口。

中微子是宇宙中最神秘的粒子之一，中微子的直接探測長期以來一直是粒子物理領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。

此次實(shí)驗(yàn)依托深埋在加拿大薩德伯里地下約兩千米處的SNO+中微子探測器。研究團(tuán)隊(duì)關(guān)注的是一種極為罕見的相互作用，即高能太陽中微子撞擊實(shí)驗(yàn)介質(zhì)中的碳-13原子核，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉派湫缘牡?13。氮-13會(huì)在約10分鐘后發(fā)生衰變。為識別這一過程，團(tuán)隊(duì)采用了“延遲符合”探測方法，先捕捉中微子撞擊碳-13原子核時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)閃光，再尋找數(shù)分鐘后由氮-13放射性衰變產(chǎn)生的第二次閃光。兩個(gè)信號在時(shí)間上的明確關(guān)聯(lián)，為區(qū)分真實(shí)中微子事件與背景噪聲提供了可靠依據(jù)。

結(jié)果顯示，在2022年5月4日至2023年6月29日的231天觀測期內(nèi)，實(shí)驗(yàn)共觀測到約5.6個(gè)相關(guān)事件，與太陽中微子理論預(yù)期產(chǎn)生的4.7個(gè)事件在統(tǒng)計(jì)上相符。這標(biāo)志著科學(xué)家首次在實(shí)驗(yàn)中直接觀測到太陽中微子與碳-13原子核發(fā)生的這一核反應(yīng)。

研究團(tuán)隊(duì)表示，該成果不僅是迄今為止能量最低的中微子—碳-13原子核相互作用觀測記錄，也是針對這一反應(yīng)通道首次獲得直接反應(yīng)截面測量數(shù)據(jù)。如今，科學(xué)家不僅能更精確地測量太陽中微子，還開始將其作為“天然探針”，用于研究其他罕見的原子核反應(yīng)過程。