跳到主要内容

话题

粒子与相互作用

粒子与相互作用

Borexino bags 中微子

12 Mar 2010
施工期间的Borexino不锈钢球

在意大利格兰萨索国家实验室工作的物理学家发现了地球内放射性衰变产生的电子反中微子’地壳和地幔。该结果建立在早期证据的基础上“geoneutrinos”由五年前的一项日本实验获得,为新的直接测量地球深处发生的过程铺平了道路。

物理学家们长期以来一直研究着太阳发出的中微子,这些中微子是由进入地球的宇宙射线产生的’的气氛。这些观察提高了我们对太阳物理学的理解,并揭示了中微子–无电荷,极惰性的基本粒子–质量很小。理论还预测中微子或更确切地说电子反中微子是通过某些原子核的放射性衰变在地球内部产生的。测量这些中微子的通量应该揭示出地球内部产生的能量中有多少是由于放射性衰变引起的,并且可以增进我们对依赖该能量的过程的理解,例如板块构造和地球的产生。’s magnetic field.

Detecting 中微子, however, is extremely tricky. Like any kind of neutrino, their 观察 requires enormous volumes of detector material and a location deep underground to prevent interference from cosmic rays. But unlike higher-energy solar and atmospheric neutrinos, 中微子 cannot be studied via their interaction with the nuclei of heavy water, because their signal would be swamped by the radioactivity in this liquid. Instead certain kinds of hydrocarbon are used, in which passing 中微子 can occasionally collide with a proton to create a positron and a neutron and in so doing generate a distinctive dual gamma-ray emission, which produces detectable light.

2005年,从事KamLAND实验的研究人员1 km below the surface in Japan, reported 中微子 in their detector. However, to do so the team had to separate the signal from a strong background of antineutrino emission produced by a number of nuclear reactors located close by (a location chosen deliberately to study reactor antineutrinos).

背景水平很低

然而,Borexino实验旨在研究低能太阳中微子,因此背景水平非常低。位于1.5 它位于格兰萨索山(Gran Sasso)山下,距最近的反应堆数百公里。

在大约300中发现了中微子 尼龙球中包含1000吨的掺杂碳氢化合物,称为伪枯烯,浸入1000 吨纯假枯烯被不锈钢球包围,不锈钢球本身被2400包围 吨高净水容纳在另一个直径18的钢容器中 米所有单个组件–包括检测介质,液体和用于记录伽玛射线信号的光电倍增管–选择具有尽可能低的固有放射性水平。

该实验进行了两年,至2009年12月结束,与Borexino的合作(来自六个国家的约80名研究人员)表示,该实验检测到9.9个地球中微子事件,不确定性为+4.1和–3.4。米兰大学发言人吉安保罗·贝里尼(Gianpaolo Bellini)说,这一结果似乎还排除了一个有争议的假设,即地球上很大一部分’的热量是由自然产生的核反应堆产生的,该反应堆由行星中的铀提供燃料’s core.

没有证据表明‘georeactor’

这样的“georeactor”会发出电子反中微子,其能量分布与核电站发出的能量大致相同,但Borexino研究人员发现,该实验检测到的反中微子数量与仅发电厂所期望的数量差不多。

贝里尼说,Borexino的结果提供了第一个真正的中微子实测,而KamLAND获得的结果是“indication”。然而,KamLAND发言人铃木敦敦在日本’KEK实验室的看法有所不同。他祝贺Borexino合作生产“beautiful”结果,但说没有“任何有意义的差异”这些结果与两年前他的小组报告的结果之间。“观测到的中微子事件数量为73 ± 2008年,KamLAND排名第27,排名为9.9 ± 4.1–3.4 for Borexino,” he points out. “这告诉你一切。物理学家知道是否使用诸如‘hint’ versus an ‘observation’是否重要。”

不管解释的差异如何,贝利尼和铃木都同意需要更多的数据。确实,目前在计划阶段有许多较大的实验,包括10,000个 吨探测器将被连接到太平洋海底,以便对来自地幔的中微子进行更精确的测量(因为在太平洋下地壳非常薄)。

“KamLAND和Borexino证明了地中微子在检查地球成分和放射能方面的潜力,从而使人们对我们的星球的起源和热演化有了更深入的了解,”夏威夷太平洋大学和夏威夷大学的斯蒂芬·戴说。“由于有了这些开创性的度量,我们可以计划详细研究这些问题的项目。”

工作报告在 arXiv:1003.0284并已提交给 欧洲物理学字母B.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者