在加拿大安大略省，一罐最純淨的水被埋在數公里長的岩石下，當一個幾乎無法察覺的粒子撞擊其分子時，它會發出閃光。
這次事件是第一次使用水來探測一種被稱為反中微子的粒子，這種粒子源自 240 多公里（150 英里）外的核反應堆。
2023 年發表的一項研究詳細介紹了這一令人難以置信的突破，為未來鋪平了道路使用廉價、容易獲得且安全的材料進行實驗和監測技術。
作為宇宙中最豐富的粒子之一，這些奇怪的小東西具有揭示宇宙更深入見解的巨大潛力。不幸的是，它們幾乎沒有質量，不帶電荷，並且幾乎不與其他粒子相互作用。它們大多流經太空和岩石，就好像所有物質都是無形的。它們被稱為幽靈粒子是有原因的。
反中微子是中微子的反粒子對應物。通常，反粒子具有與其粒子當量相反的電荷。例如，帶負電的電子的反粒子是帶正電的正電子。由於中微子不帶電荷，科學家只能區分兩者根據事實電子中微子將與正電子一起出現，而電子反中微子將與電子一起出現。
電子反中微子被發射在核β衰變過程中，一種放射性衰變，其中中子衰變成質子、電子和反中微子。然後，其中一個電子反中微子可以與質子相互作用產生正電子和中子，這種反應稱為逆β衰變。
裝有光電倍增管的大型液體填充罐用於檢測這種特殊的衰變。它們的設計目的是捕捉微弱的光芒切倫科夫輻射由運動速度超過光速的帶電粒子產生，可以穿過液體，類似於突破音障產生的音爆。所以它們對非常微弱的光非常敏感。
核反應堆產生的反中微子數量驚人，但它們的能量相對較低，這使得它們很難被檢測到。
進入SN+。它埋在超過 2 公里（1.24 英里）的岩石下，是世界上最深的地下實驗室。這種岩石屏蔽提供了有效的屏障，防止宇宙射線的干擾，使科學家能夠獲得分辨率極高的信號。
如今，該實驗室的 780 噸球形罐中充滿了直鏈烷基苯，這是一種可以放大光的液體閃爍體。早在 2018 年，當該設施正在進行校準時，它就充滿了超純水。
通過梳理 2018 年校準階段收集的 190 天的數據，SNO+ 合作發現了逆貝塔衰減的證據。在此過程中產生的中子被水中的氫核捕獲，進而產生非常特定的能量水平（2.2 兆電子伏特）的柔和光華。
水切倫科夫探測器通常難以檢測低於 3 兆電子伏的信號；但充滿水的 SNO+ 能夠檢測到低至 1.4 兆電子伏特的電壓。這對於檢測 2.2 兆電子伏特的信號產生了約 50% 的效率，因此該團隊認為尋找逆 β 衰變的跡像是值得的。
對候選信號的分析確定它很可能是由反中微子產生的，置信度為 3 西格瑪——概率為 99.7%。
結果表明，水探測器可用於監測核反應堆的發電量。
與此同時，SNO+ 正被用來幫助更好地了解中微子和反中微子。因為中微子是無法直接測量， 我們。最大的問題之一是中微子和反中微子是否是完全相同的粒子。一次罕見的、前所未見的衰變可以回答這個問題。 SNO+ 目前正在尋找這種衰變。
“讓我們感興趣的是，純水可以用來測量來自反應堆和如此遠距離的反中微子，”物理學家洛根·萊巴諾夫斯基解釋說SNO+ 與加州大學伯克利分校的合作將於 2023 年公佈結果。
“我們花費了大量精力從 190 天的數據中提取了一些信號。結果令人欣喜。”
該研究發表於物理評論快報。
本文的早期版本於 2023 年 4 月發布。
