物理学家正研究中微子-原子核散射过程

2020-12-21 09:46:25 来源: 俄罗斯卫星通讯社 作者: 俄罗斯卫星通讯社

俄罗斯正准备启动RED-100实验,以研究重原子氙(Xe)的相干弹性中微子-核散射(ceνns)。11月,设备交付到实验现场——加里宁核电站。此前,在国立核研究大学MEPhI(俄罗斯莫斯科)在线召开了一次粒子物理学和天体物理学问题国际会议,会上,国立核研究大学公布了对氩原子(Аr)的相干弹性中微子-核散射(ceνns)的研究成果。

1974年,苏联和美国科学家在基本粒子强&弱相互作用标准模型框架内,预言了中微子在原子核内的弹性相干散射过程。

2017年,COHERENT国际合作组织成立,专门测试和研究中微子弹性相干散射过程。在俄罗斯方面,来自国立核研究大学MEPhI和阿里汉诺夫理论与实验物理研究所的科学团队参与了该组织。

COHERENT合作组织的俄罗斯参与者之一,国立核研究大学实验核物理实验室的研究员亚历山大·库姆潘表示, “2020年获得的主要成果是首次测试了氩原子核的ceνns。目前40Ar是所测试ceνns的最轻的元素。”

据科学家介绍,ceνns测试使用的是CENNS-10液态氩闪烁探测器。该探测器被放置在橡树岭国家实验室的散裂中子源(SNS)。

如今,SNS是世界上最强脉冲加速器中子源。

COHERENT合作组织的独特优势在于使用大电流加速器。科学家知道产生的中微子的能量以及理论上它们应该与探测器目标相互作用的时刻。

标准模型预测ceνns过程的几率与目标原子核中微子数的平方成正比。标准模型的预测在误差范围内由合作组织的实验结果证实。

亚历山大·库姆潘还表示:“从科学的角度来看,中微子相干散射过程非常重要,因为它代表了一种新的独立的渠道,既可以改善已知物理学,也可以寻找新的物理学。”

例如,对ceνns过程的了解对于研究超新星的诞生过程至关重要。ceνns是超新星诞生期间发生的主要过程之一,并且在中子星崩溃中起着重要作用,因为超新星诞生期间释放的约99%的能量被中微子带走。

此外,目标原子核内太阳中微子弹性相干散射将成为下一代探测器以大质量弱相互作用粒子(WIMP)形式寻找暗物质的主要本底。

独特的是,ceνns与许多其它涉及基本粒子的过程不同,具有直接的实际应用——通过分析中微子辐射通量来监测核反应堆的状态。现代中微子探测器是多吨级的结构,规模堪比核电厂。利用ceνns效应将有可能创建紧凑型移动设备,将其放置在反应堆附近,并且独立于控制反应堆的技术过程监测反应堆活跃区域的状态,包括监测反应堆运行过程中燃料同位素组成的变化。

自2017年7月至2018年12月,以液态氩作为中微子目标进行了第一阶段物理测试。数据由美国和俄罗斯的两个科学团队独立进行处理。两组数据处理的结果使我们可以得出结论:首次成功使用液态氩探测器测试ceνns

目前,CENNS-10探测器继续收集数据,以获得在ceνns框架内中微子与氩原子核相互作用的横截面的更准确的数值。 此外,正在开发一个质量为一吨左右的液态氩CENNS-750探测器,以便更准确地研究ceνns过程。

责任编辑: 龙云