日本超級神岡探測器迎來升級 稀土元素助其感知遙遠古老的中微子
New Atlas 報道稱，日本“超級神岡”（Super-Kamiokande）中微子觀測站剛剛迎來了一次相對簡單的升級。這座位于地下的巨大設(shè)施，在水中添加了一種名為釓（Gadolinium，簡稱 Gd）的稀土元素，使之能夠?qū)碜赃b遠古老超新星的中微子更加敏感。 %=NqxF>>
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Super-kamiokande 內(nèi)景 ;,9|;)U?u
作為一種相當(dāng)輕質(zhì)的基本粒子，中微子很少與常規(guī)物質(zhì)發(fā)生相互作用，因而能夠不受阻礙地穿過大多數(shù)物體。以人體為例，每秒就有約數(shù)十億個中微子穿過你的身體。 L x(Y=
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不過在偶爾的情況下，中微子也會撞擊原子中的電子。通過適當(dāng)?shù)挠^測，科學(xué)家們有機會研究這些碰撞。這也是 Super-K 之類的觀測站最適合被埋在巖石或冰下，以避開其它輻射的一個主要原因。 VpJ2Qpd=
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據(jù)悉，位于日本池野山山下方 1 公里（0.6 英里）的 Super-K，自 1996 年以來就一直在靜待探測中微子。 #<l ;YT8
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該設(shè)施主要擁有一個高 40 米（130 英尺）的巨大水箱，里面裝有約 5000 萬升（1300 萬加侖）的超純水，壁上襯有 13000 根光電倍增管。 }.e*=/"MB
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當(dāng)中微子進入水箱并撞擊水分子時，就會產(chǎn)生微小的閃光。經(jīng)由光電倍增管的放大，有助于光學(xué)傳感器拾取相關(guān)信息。 b /<n:*$
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值得一提的是，根據(jù)起源的不同，這些中微子也具有不同的閃爍“指紋”，包括太陽、超新星爆炸、人工實驗、核反應(yīng)堆、或質(zhì)子的衰變。 *jDzh;H!w
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遺憾的是，盡管超新星特別令人著迷，但這些事件并不經(jīng)常發(fā)生。若將搜索范圍擴大到其它星系（而不是僅限于我們所處的銀河系內(nèi)），即可增加可拾取的中微子數(shù)量。 |s s_<
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此事的難點在于，距離越遠的信號就越微弱，甚至難以將之與背景噪聲區(qū)別開來。好消息是，本次 Super-K 升級添加的 Gd 稀土元素，有助于顯著放大那些來自遙遠超新星的中微子信號。 ~9x$tb x-
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7 月份的時候，研究團隊已將約 13 噸的 Gd 化合物添加到了檢測液中，使之達到了約 0.01% 的濃度。 -KO E2f
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通過與一些中微子相互作用而產(chǎn)生中子，Gd 可與這些粒子相互作用而產(chǎn)生伽馬射線閃光，使得光學(xué)傳感器能夠更容易地發(fā)現(xiàn)它們。更重要的是，這不會對其它中微子事件的監(jiān)測產(chǎn)生負面影響。 i)
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項目負責(zé)人 masakauki Nakahata 表示：“在 0.01% 的濃度下，Super-K 檢測中微子碰撞中子的效率有約 50% ”。后續(xù)幾年，他們還計劃進一步提升效率，以期觀察到來自遙遠古老超新星的中微子信號。 ?; }2 Z)
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研究團隊補充道，這項升級有助于 Super-K 探測到距今已有 100 億年的超新星所產(chǎn)生的中微子，讓我們有機會更好地了解粒子物理學(xué)、以及遙遠的宇宙歷史。 /S
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