中微子是科學界已知的最令人費解的粒子之一。它們通常被稱為“幽靈粒子”，因為它們很少與物質相互作用。每秒有數万億次的事物從每個人身上經過，不留任何痕跡。這些粒子是在核反應過程中產生的。包括太陽核心內的粒子。它們之間的相互作用非常弱，這使得它們的研究極具挑戰性。很少有材料被證明能夠對太陽中微子做出反應。現在，科學家們通過觀察大型地下探測器內的中微子將碳原子轉化為氮，在這個簡短的清單中添加了另一個項目。
這一成功源自牛津大學研究人員領導的一個項目，該項目使用位於加拿大薩德伯里 SNOLAB 地下 2 公里處的 SNO+ 探測器。 SNOLAB 在活躍礦井內工作，提供阻擋可能超出敏感中微子測量的宇宙射線和背景輻射所需的屏蔽。
Carbon-13 罕見的兩部分閃光攝影
研究小組專注於探測高能中微子撞擊碳13原子核的時刻。並轉化為氮-13。這是氮的放射性形式，大約十分鐘後會衰變。在觀察這些事件時，他們依靠“延遲巧合”技術，該技術尋找兩個相關的光爆發：第一個中微子撞擊碳13核。第二個來自氮13的衰變。幾分鐘後，這個配對信號使得我們能夠自信地區分真實的中微子事件和背景噪聲。
從2022年5月4日到2023年6月29日的231天內，探測器記錄了5.6起此類事件，與預測在此期間因太陽中微子將發生4.7起事件的預測相符。
了解宇宙如何運作的新窗口
中微子的行為異常，是理解恆星如何運作的關鍵。核聚變是如何展開的？宇宙是如何演化的？研究人員表示，新的測量結果為未來研究其他低能中微子之間的相互作用開闢了可能性。
主要作者、牛津大學物理系博士生格列佛·米爾頓 (Gulliver Milton) 表示：“捕捉到這種相互作用是一項非凡的成就。雖然碳同位素很罕見，但我們能夠觀察到它與中微子的相互作用，中微子起源於太陽核心，並傳播很長的距離才能到達我們的探測器。”
合著者史蒂文·比勒教授（牛津大學物理系）補充道：“多年來，太陽中微子一直是人們感興趣的話題。這些測量是通過我們之前的 SNO 實驗進行的。在獲得 2015 年諾貝爾物理學獎之前，值得注意的是，我們對太陽中微子的理解已經取得瞭如此大的進步，以至於我們現在可以使用它們作為‘測試光束’來研究其他類型的中微子。這是一種罕見的原子反應！”
以 SNO 遺產為基礎，推進中微子研究。
SNO+ 是之前 SNO 實驗的繼承者，之前的 SNO 實驗表明，中微子在從太陽傳播到地球時，會在電子、μ子和 τ 中微子三種形式之間切換。 SNOLAB 的科學家 Christine Kraus 博士表示，由 Arthur B. McDonald 領導的 SNO 最初發現解決了長期存在的太陽中微子問題。並為2015年諾貝爾物理學獎做出了貢獻。這些結果為更深入地研究中微子的行為及其在宇宙中的重要性鋪平了道路。
“這一發現利用實驗閃爍體中天然存在的碳 13 含量來測量罕見的特定相互作用，”克勞斯說。據我們所知，這些結果代表了觀察到的中微子與碳 13 原子核之間相互作用的最低能量。到目前為止，“這是對產生氮 13 原子核基態的特定核反應的首次直接橫截面測量。”
