由包括賓夕法尼亞大學文理學院Edmund J. and Louise W. Kahn Term教授Joshua Klein在內的一個國際科學家團隊在《物理評論快報》雜誌上發表的研究，在探測中微子方面取得了重大突破。

SNO探測器內部充滿水時的景象。在背景中，有9000個檢測光子的光電倍增管和（現在）容納液體閃爍劑的丙烯酸容器。當添加閃爍劑時，外面縱橫交錯的繩索將其壓住，防止其向上漂浮。丙烯酸容器有12米寬，大約是一個奧林匹克大小的游泳池的一半。該探測器位於SNOLAB，這是一個位於加拿大薩德伯里附近地下2公里的研究設施。資料來源：SNO+合作項目)

被稱為薩德伯里中微子觀測（SNO+）的國際合作實驗位於安大略省薩德伯里的一個礦區，距離最近的核反應堆大約240公里（約149.13英里），它利用純水檢測到了被稱為反中微子的亞原子粒子。克萊因指出，之前的實驗是用液體閃爍計數器來做的，這是一種類似油的介質，當電子或質子等帶電粒子通過它時會產生大量的光。

“鑑於探測器需要在240公里外，大約是紐約州長度的一半，遠離反應堆，需要大量的閃爍體，這可能是非常昂貴的，”克萊因說。”因此，我們的工作表明，可以建造非常大的探測器，只用水就可以做到這一點。”

什麼是中微子和反中微子

克萊因解釋說，中微子和反中微子是微小的亞原子粒子，是宇宙中最豐富的粒子，被認為是物質的基本組成部分，但科學家們一直難以探測到它們，因為它們與其他物質的相互作用稀少，而且它們不能被屏蔽，這意味著它們可以穿過任何和一切。但這並不意味著它們是有害的或放射性的，事實上， 每秒鐘有近100萬億個中微子通過我們的身體而不被注意。

然而，這些特性也使得這些難以捉摸的粒子對於理解一系列的物理現象非常有用，比如宇宙的形成和對遙遠的天體的研究，而且它們”有實際的應用，因為它們可以被用來監測核反應堆，並有可能探測到秘密的核活動，”克萊因說。

它們從哪裡來

雖然中微子通常由高能量反應產生，如恆星中的核反應，如太陽中的氫氣聚變為氦氣，其中質子和其他粒子碰撞並釋放中微子作為副產品，但反中微子通常由人工產生。”例如，核反應堆，為了分裂原子核，產生反中微子，作為反應的放射性β衰變的結果，”他說。”因此，核反應堆產生大量的反中微子，使其成為研究反中微子的理想來源”。

“通過測量反應堆的反中微子來監測反應堆，可以告訴我們它們是開還是關，”克萊因說，”甚至可能是它們在燃燒什麼核燃料。”

克萊因解釋說，因此可以遠距離對一個外國的反應堆進行監測，以了解該國是否正在從一個發電反應堆轉換為一個正在製造武器級材料的反應堆。僅用水進行評估意味著可以建造一系列大型但廉價的反應堆，以確保一個國家遵守其在核武器條約中的承諾，例如；這是確保核不擴散的一個把手。

為什麼以前沒有這樣做

“反應堆反中微子的能量非常低，因此探測器必須非常乾淨，甚至沒有微量的放射性，”克萊因說。”此外，探測器必須能夠在足夠低的閾值下’觸發’，以便能夠檢測到這些事件。”

他說，對於一個遠達240公里的反應堆來說，反應堆至少包含1000噸水是特別重要的。SNO+滿足所有這些標準。

引領潮流

Klein認為他的前學員Tanner Kaptanglu和Logan Lebanowski是這項工作的帶頭人。雖然這一測量的想法構成了Kaptanglu博士論文的一部分，但Lebanowski，一位前博士後研究員，負責監督這一操作。

“與我們這裡的儀器組一起，我們設計並建造了所有的數據採集電子裝置，並開發了探測器的’觸發’系統，這使得SNO+的能量閾值低到足以探測到反應堆反中微子。”