據《物理評論快報》10日報道，英國牛津大學牽頭的科學家團隊首次觀測到太陽中微子在地下探測器中觸發罕見核反應，使碳原子轉化為氮原子。長期以來，中微子因幾乎不與物質相互作用而難以被直接觀測，這次突破顯示科學家已具備在極低能區間研究中微子—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域的一大挑戰。
此次實驗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。研究團隊關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驗介質中的碳-13原子核，使其轉變為放射性的氮-13。氮-13會在約10分鐘后發生衰變。為識別這一過程，團隊采用了“延遲符合”探測方法，先捕捉中微子撞擊碳-13原子核時產生的瞬時閃光，再尋找數分鐘后由氮-13放射性衰變產生的第二次閃光。兩個信號在時間上的明確關聯，為區分真實中微子事件與背景噪聲提供了可靠依據。
結果顯示，在2022年5月4日至2023年6月29日的231天觀測期內，實驗共觀測到約5.6個相關事件，與太陽中微子理論預期產生的4.7個事件在統計上相符。這標志著科學家首次在實驗中直接觀測到太陽中微子與碳-13原子核發生的這一核反應。
研究團隊表示，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，也是針對這一反應通道首次獲得直接反應截面測量數據。如今，科學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過程。
來源：科技日報
