盤點5個世界頂級物理探測器，探索行蹤詭秘的「幽靈粒子」

中微子，科學家稱它為「幽靈粒子」。

中微子幾乎沒有質量並近乎以光速運動。30年來，所有試圖找出該粒子存在確切證據的科學實驗都沒有找到答案。

科學家希望藉助對中微子的研究回答更多關於宇宙的未解之謎。

放射性元素的衰變產生了中微子。中微子從太陽、其他恆星甚至我們自己的身體中被發射出來。它們能穿過不計其數的物質而能量衰減小的可以忽略不計。

但是，如何來檢測這種穿透1光年厚的鉛後，能量損失微乎其微的粒子？用更加精密的實驗設備。

鍺探測器陣列——尋找我們為何存在的終極秘密

鍺探測器陣列（GER manium Detector Array，GERDA）通過檢測深藏在義大利某山體內，純鍺晶體的電信號波動來探測中微子。科學家預期，GERDA能發現一種極其罕見的放射性衰變。

按照目前主流物理理論，137億年前的宇宙大爆炸產生了等量的物質和反物質。物質和反物質一旦接觸就會湮滅為能量。

但是，奇怪的是，我們這個由物質組成的世界仍然存在。

如果科學家真的觀測到了預期的衰變現象，那麼就可以證明，中微子可以同時以中微子和反中微子的形態存在。這將解釋為什麼宇宙中的物質（以及物質組成的我們自己）能存在至今。

薩德伯里中微子觀測台——探測和分類中微子

加拿大薩德伯里中微子觀測台（Sudbury Neutrino Observatory ，SNO）位於地下1600米的深處。它於20世紀80年代建立，近期被升級為SNO+。

SNO+將觀測來自地球、太陽甚至超新星爆發的中微子。它的核心是一個巨大的丙烯塑料球體，裡面灌滿800噸被稱為閃爍劑的特製液體。這個球體被置於一個水池中，四周被水包圍。1萬個光電倍增管組成的超靈敏度光感測器監視著這個球體。

當中微子接觸球體中的閃爍劑時，閃爍劑中的某些粒子會與中微子作用而發光，微弱的光線被光感測器捕捉到。

原始版本的SNO探測器已經使科學家發現了至少3種中微子亞型，當它們在空間中運動時，會從一種亞型變為另一種。

冰立方——探測宇宙

坐落在南極的冰立方（IceCube）是世界上最大的中微子探測器。它使用分布在10億噸冰中的5160個感測器，來捕捉來自超新星爆發、黑洞和中子星等宇宙極端現象的高能中微子。

當中微子碰撞冰中的水分子時，產生的高能亞原子粒子能傳播很遠——有6個街區那麼遠。這些亞原子粒子在高速運動中發出契倫科夫輻射。冰立方中的感測器將捕捉到輻射。

科學家希望冰立方收集的數據能用來推斷中微子源的信息。

大亞灣——尋找反中微子

中國大亞灣附近的山體中深藏著3個正在進行中微子實驗的實驗室。六個柱體，每個充滿20噸閃爍劑，被放置在實驗室中，並被超過1000個光電倍增管感測器監視著。這些柱體被純水包圍以避免來自周圍環境的輻射。

山外的6個核反應堆每秒產生千萬億數量級的反中微子。這些反中微子與閃爍劑作用，產生微弱光線，被光電倍增管感測器捕捉到。

大亞灣實驗室被用來觀察中微子的波動。與中微子類似，反中微子也會在不同的亞型之間變化。科學家試圖計算有多少反中微子由於亞型轉換而沒有被檢測到。

神崗超級中微子探測器——探測中微子亞型

神崗超級中微子探測器，位於日本山區地下1000米深的中微子觀測台。這個探測器灌有5萬噸純水，並配有1.12萬個光電倍增管感測器。神崗探測器大到需要維護人員必須划船來完成他們的工作。

類似冰立方，神崗探測器根據契倫科夫輻射探測中微子。神崗探測器於1998年擊敗SNO，為世界上首次發現中微子在不同亞型之間轉換提供了有力證據。

現在，科學家們正從另一地點的地下向神崗探測器發射中微子，以便更深入地研究中微子亞型轉換的規律，該地點與神崗探測器的地表距離接近300公里。未來，科學家們計劃在地表距離達1500公里的某地地下向神崗探測器發射中微子。

來源：techinsider 翻譯：離子心

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