SNO+合作在水切伦科夫探测器中收集了反中微子的第一个证据

反中微子是中微子的反物质对应物，具有几乎不存在的质量和电荷，并且几乎从不与其他粒子相互作用，这使得它们特别难以检测。物理学家多年来一直在研究反应堆中的中微子，通常使用基于闪烁体的探测器。

这些努力导致了重大的物理学发现，从1950年代后期首次探测到中微子振荡参数的测量。由于中微子几乎不与其他粒子相互作用，因此通常很难检测到它们。核反应堆中产生的中微子是通过所谓的逆β衰变(IBD)来检测的。这是在核反应过程中产生的信号，涉及带有质子的电子反中微子，产生正电子和中子。

SNO+实验是一项使用SNOLAB的多用途粒子探测器收集数据的大规模研究工作，最近在水切伦科夫探测器(即一种检测辐射并重建粒子信息的粒子探测器)内收集了反应堆反中微子的第一个证据。他们的论文发表在《物理评论快报》上，可以为使用水切伦科夫探测器进行新的反中微子搜索铺平道路。

“SNO+实验的主要目标是使用负载碲的液体闪烁体对无中微子双β衰变进行高灵敏度搜索，”Logan Lebanowski代表SNO+合作告诉 Phys.org。“由于探测器目前充满了闪烁体，SNO+也在测量中微子质量分裂Δm221使用反应堆反中微子。在此之前，合作将探测器装满水，以校准探测器组件并表征固有的放射性背景。

鉴于SNO+探测器具有足够好的灵敏度，可以用液体闪烁体测量反应堆反中微子，SNO+合作开始探索也可以用水观察反中微子的可能性。在水切伦科夫探测器中，该探测器还报告了来自大气的背景诱导μ介子的比率最低，这显着提高了团队探测反中微子的机会。

SNO+探测器是一个大型丙烯酸容器，直径为12米。在实验时，它充满了超纯水。

“这为进入的粒子相互作用和产生光提供了很大的体积，”Christine Kraus解释说。“然后可以通过光电倍增管识别这种光，我们在安装在钢结构上的丙烯酸容器周围有~9500。光电倍增管将信号转换为可以处理的电信号。然后，我们可以确定事件的能量和位置。

当试图从反应堆中探测反中微子时，物理学家基本上在寻找一种称为“重合信号”的独特信号，该信号清楚地表明反中微子的存在。Kraus和SNO+合作的其他成员专门在190天内收集的数据中搜索了这个信号。为了提取信号，他们进行了两次独立分析，得出了一致的结果。

“这对我们有用 - 这是水探测器中的第一次 - 因为我们的中子探测效率很高，”Lebanowski说。“IBD中产生的中子捕获水中的氢并产生2.2MeV γ，而不管入射反中微子的能量如何。因此，以更高的效率检测2.2 MeV γ的成就可能会影响使用纯水切伦科夫探测器进行的广泛反中微子搜索和测量。

SNO+合作是第一个在水切伦科夫探测器中探测反中微子的。他们使用超纯水并最大限度地减少探测器中的自然放射性来实现这一目标，这可能会产生类似于他们正在寻找的巧合信号的混杂背景事件。将来，这项研究的结果和SNO+合作采用的方法可以为使用纯水切伦科夫探测器进行其他反中微子搜索和测量提供信息。

“用纯水观察反应堆反中微子表明，反应堆反中微子可以用无毒，安全，易于处理且便宜的目标介质进行观察，因此有利于在任何地方和需要大目标时使用，”Lebanowski说。“这项分析还证明了水切伦科夫探测器在较低能量下进行测量的能力，以及将信号与大多数探测器中存在的放射性背景区分开来的强大能力。

切伦科夫探测器能够区分重合信号和不相关的背景信号的一个关键原因是它们为入射粒子提供了估计的方向。这还没有使用闪烁体探测器实现，这将是SNO+合作未来研究的重点领域。

“有了液体闪烁体，我们希望有一个更好的反中微子信号，不仅来自反应堆，还来自地球本身的自然放射性 - 所谓的地球中微子，”克劳斯补充道。“它们之前已经测量过两次 - 第一次是在通过KAMLAND实验，然后是在欧洲通过Borexino实验。我们将是北美的第一个，位于加拿大盾牌很有趣，因为结构与其他两个地点不同。

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