科学家首次记录到太阳中微子与碳原子发生罕见相互作用的证据

这项发现标志着理解低能中微子在物质内部行为的重要进展。

研究人员报告了太阳中微子将碳转化为氮的首个证据。SNO+实验采用延迟符合信号技术，成功将目标事件与背景噪声分离。

位于加拿大萨德伯里地下两公里（1.24英里）矿井中的SNO+探测器，经过一年多数据采集后捕获了这一难以捉摸的信号。由牛津大学主导的研究团队利用该探测器开展实验。深层地下环境有效屏蔽了宇宙射线和背景噪声的干扰，使研究人员得以分离出中微子撞击原子核产生的极微弱信号。

中微子仍是宇宙中最神秘的粒子之一，它们极少与物质发生相互作用，每秒有数万亿中微子穿过人体。这些粒子产生于太阳内部的核反应等过程，探测它们需要极大的耐心、精密的设备和完善的屏蔽措施。

SNO+团队重点观测了中微子与碳-13的相互作用，这种稀有碳同位素存在于探测器的液体闪烁体中。当高能太阳中微子撞击碳-13原子时，会将其转化为氮-13原子核，新原子核约十分钟后发生衰变。

研究采用延迟符合技术：先捕捉中微子撞击产生的初始闪光，再等待数分钟后寻找氮-13衰变时发出的二次闪光。这种配对模式有助于从背景信号中甄别真实事件。

2022年5月至2023年6月的231天观测期内，研究团队识别出5.6次此类事件，与该时期预期的4.7次太阳中微子事件数量基本吻合。

罕见反应得到证实

论文第一作者、牛津大学博士生古利弗·米尔顿称这项探测是重大成就："捕捉这种相互作用是非凡的突破。尽管碳同位素含量稀少，我们依然观测到了它与源自太阳核心、穿越漫长距离抵达探测器的中微子之间的相互作用。"

该成果建立在数十年中微子研究基础上。合著者史蒂文·比勒教授指出其历史传承："太阳中微子本身多年来一直是引人入胜的研究课题，我们的前身实验SNO对它们的测量曾促成2015年诺贝尔物理学奖。"他补充说，如今认知已足够深入，研究人员甚至能将太阳中微子作为研究稀有原子反应的"测试束流"。

为未来研究奠基

SNO+实验改造利用了早前首次证明中微子在太阳至地球传播过程中存在三种类型转换的SNO装置。SNOLAB实验室科学家克里斯汀·克劳斯博士强调："据我们所知，这是迄今对碳-13原子核中微子相互作用的最低能量观测，并首次直接测量了该特定核反应生成氮-13原子核基态的截面数据。"

研究人员表示，这项突破为研究中微子稀有相互作用开辟了新途径，或将指导未来探测器设计，推动科学家理解这些幽灵般的粒子如何影响核过程乃至更广阔的宇宙。

该研究成果已发表于《物理评论快报》期刊。

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