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地下中微子实验为深度探索关于物质设定了舞台

导读 如果在130亿年前的大爆炸中形成了相同数量的物质和反物质,人们会在会面时消灭另一个,而今天的宇宙将充满能量 - 但无论如何 - 形成恒

如果在130亿年前的大爆炸中形成了相同数量的物质和反物质,人们会在会面时消灭另一个,而今天的宇宙将充满能量 - 但无论如何 - 形成恒星,行星和生命。

因此,物质的存在表明,描述亚原子粒子与其反粒子之间对称性的标准模型方程存在问题。

在3月26日发表在“物理评论快报”上的一项研究中,能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的核物理学家以及其他从事MAJORANA DEMONSTRATOR实验的机构表明,他们可以屏蔽敏感,可扩展的44​​千克锗。探测器阵列来自背景放射性。该实验由橡树岭国家实验室(ORNL)领导。

这项成就对于开发和提出更大的未来实验(大约有大量探测器)来研究中微子的性质至关重要。这些电中性粒子仅与物质微弱地相互作用,使得它们的检测非常困难。

“我们正试图找出真正基本的问题:中微子是否属于自己的反粒子?”MAJORANA DEMONSTRATOR探测器组负责人Alan Poon说。“另一个目标是证明我们可以建造更大的探测器。”

来自ORNL和北卡罗来纳大学教堂山分校的核物理学家约翰威尔克森(John Wilkerson)领导了这项实验的建设,他说:“物质上的过量物质是反物质学中最引人注目的神秘之一。”这项合作涉及129位研究人员。来自27个机构和6个国家。

该实验旨在观察原子核中称为“中微子双β衰变”的现象。这一观察结果将证明中微子是他们自己的反粒子。威尔克森补充说,这种衰变的存在将“对我们对宇宙的理解产生深远的影响”。这些测量还可以更好地理解中微子质量。

伯克利实验室负责将一种特殊形式的锗晶体制作成用于实验的工作探测器,并构建探测器阵列的前端电子设备,非常靠近探测器。几十年前,伯克利实验室开创了制造高纯度锗探测器的技术,并发明了适用于MAJORANA DEMONSTRATOR实验的锗探测器。

Poon指出,探测器周围的电子元件和其他组件由超纯材料制成,以减少背景“噪音”或自然发生的辐射产生的不需要的信号。“他们是世界上放射性最低的前端电子产品,”他说。

此次合作还利用伯克利实验室的国家能源研究科学计算中心(NERSC)处理和分析实验数据。NERSC将成为整个实验过程中数据处理和分析的主要场所。

在美国核能科学咨询委员会向能源部和国家科学基金会提交的2015年报告中,美国领导的用于检测中微子双β衰变的吨级实验被认为是核物理界的首要任务。近十几个实验已经寻求中微子双β衰变,并且已经提出了许多未来的实验。成功的关键之一取决于避免可能模仿中微子双β衰变信号的背景辐射。

这是MAJORANA DEMONSTRATOR的关键成就。它的实施于2016年9月在南达科他州完成,距离桑福德地下研究设施近一英里。在近一英里的岩石下进行实验是合作者为减少背景辐射水平干扰而采取的许多步骤中的第一步。其他步骤包括由世界上最纯净的铜制成的低温恒温器和复杂的六层屏蔽,以消除宇宙射线,氡,灰尘,指纹和天然存在的放射性同位素的干扰。

“如果你要寻找中微子双β衰变,那么知道放射性背景不会压倒你所寻找的信号至关重要,”ORNL的实验主要科学家David Radford说。

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