作者:道恩·利维，橡树岭国家实验室 在巴黎圣母院大学，橡树岭氘光谱阵列的一部分测量了在一些中微子探测器中引起噪音的反应
信用:迈克尔费布拉罗/ORNL，美国
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处
能量的 在能源部橡树岭国家实验室的领导下，一项新的研究澄清了一个关于中微子专用探测器中不需要的背景信号的最大贡献者的矛盾
更好地表征背景可以改进当前和未来的实验，以检测来自这些弱相互作用的电中性亚原子粒子的真实信号，并理解它们在宇宙中的作用
《物理评论快报》上发表的一项研究的主要作者、ORNL的迈克尔·费布拉罗说:“我们发现，我们的新测量结果和历史数据之间存在显著差异。”该研究提出了一种改进的反应测量方法
“这是有史以来研究的最古老的反应之一，我们仍在发现关于它的新东西
" 2005年的一项旧测量曾被用作参考标准，但分析有误
它只考虑了粒子的基态，而不是基态和激发态的光谱
这一新的测量是利用基于中子光谱学和次级伽马射线的探测器阵列进行的，考虑了粒子能量的整个光谱
费伯拉罗设计了这个实验并建造了探测器，他与圣母大学的理查德·德伯和ORNL的史蒂文·帕因一起进行了测量
其他合著者代表萨里大学；密歇根大学，安阿伯；诺克斯维尔田纳西大学；罗格斯大学
这些核物理学家并没有着手研究中微子的性质；他们通常关心原子核及其相互作用
但是在科学领域，一个领域的发现往往会对其他领域产生深远的影响
一个众所周知的核反应将碳-13变成氧-16和一个中子
无论中微子是从太阳、大气、加速器、核反应堆还是地核发射出来的，这种反应都是测量中微子实验背景的主要来源
这种反应的速度需要众所周知，才能精确计算探测器中的背景，如日本的神冈液体闪烁体反中子探测器(KamLAND)
使用圣母大学的加速器，研究人员发射了一个阿尔法粒子(我
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氦-4核),短暂形成氧-17，氧-17衰变为氧-16和一个中子
研究人员测量了“横截面”，即反应发生的概率，它与中子产生的速率成正比
“我们发现目前的世界数据集有相当一部分是不正确的，因为它们没有考虑到其他开启的反应渠道，”费布拉罗说
“我们有一种特殊类型的探测器，可以分辨中子能量是多少，这是使这种测量成为可能的主要使能技术
" 中微子探测器需要很大才能增强微弱信号
卡姆兰充满了碳氢化合物闪烁体，一种与中微子相互作用并发光的油
这些火花使得发现和计算难以捉摸的中微子变得更加容易
然而，氡(一种自然产生的放射性气体)的衰变产物与碳-13(闪烁体中存在的一种稀有碳同位素)结合，产生了模拟中微子信号的氧-16和中子
卡姆兰重约一千吨
所以，虽然碳13只占1
1%的碳，卡姆兰含有10吨碳
进入探测器的氡衰变为具有不同能量的子元素
这些衰变产生的阿尔法粒子与碳-13相互作用，创造了一个淹没中微子信号的背景
“这是这些实验背景的主要来源，”费布拉罗说
反应的先前参考测量只测量了最低能级或基态的原子核
但是原子核也生活在更高的能级上，叫做激发态
不同的能量水平影响反应走特定路线的可能性
“我们通过利用对中子能谱敏感的装置，大大提高了测量的精度和准确度，”费布拉罗说
全球科学界利用经过评估的核数据库，其中包含专家生成、同行评审的参考测量值
为了估计卡姆兰的背景，卡姆兰的物理学家从其中一个数据库——日本评估核数据库——中提取了2005年核物理学家产生的参考测量值
他们认为测量是正确的，并将其插入到他们的计算中
“激发态无关紧要的假设是不成立的，”费布拉罗说
“包括激发态不仅改变了它在卡姆兰引起的背景大小，还影响了中微子信号的多个方面
" ORNL物理学家凯利·齐普斯同意这一观点，她和ORNL同事迈克尔·史密斯一起帮助分析数据并解释结果
“背景是你必须精确理解的东西，”她说
“否则，你看到的真实事件的数量可能完全错误
" 让一个装有闪烁体的大型中微子探测器区分背景和信号就像蒙上眼睛，喂给巧克力一层红色或绿色的糖衣，然后被要求说出你吃了多少块红色的巧克力
“问题是，所有的糖果味道都一样，”齐普斯说
“要算出你吃了多少颗红色糖果，你应该数一数糖果的总数，然后打电话给巧克力制造商，询问一个包里通常有多少颗红色糖果
" 正如知道这个比率可以让你估算糖果的数量一样，核数据库中的参考信息可以让科学家估算中微子的数量
“事实证明，我们的实验得到了一个不同于‘糖果制造商’所说的比率的答案，”齐普斯继续说道
“这并不是因为制造商打算给出错误的答案；这是因为他们的分拣机被设定了错误的数值
" Febbraro和他的核物理同事发现的新中子生产率现在可以被KamLAND和其他基于液体闪烁体的中微子实验的物理学家用来更精确地减去背景
自从这项新的测量以来，费伯拉罗的团队使用了特殊的检测器来测量类似的反应
他们发现六种同位素的中子生产率存在差异
“这个质量区域的计算不太可靠，”他说
《物理评论快报》论文的标题是“新的13C(α，n)16O截面对中微子混合和地球中微子测量的影响
“探测器的开发得到了美国能源部科学办公室的支持
这项测量是在圣母院大学核科学实验室进行的，该实验室得到了国家科学基金会的支持
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