美國俄亥俄大學(Ohio State University)John Beacom和加州大學Mark Vagins
表示:日本「神岡宇宙素粒子研究設施(Super-Kamiokande neutrino detector)
」目前已證實將重達100噸的三氯化釓(gadolinium trichloride,GdCl3)溶解在
純水中來偵測微中子時,能大大提高偵測能力,甚至能首度偵測到來自銀河系以外
的微中子。三氯化釓(ㄍㄚˊ)在地球上是一種非常稀有的金屬鹽。 (Phys. Rev.
Lett. 93 171101)
微中子(neutrino)是自然界中物質的基本粒子之一,基本上可分成三類:電子微
中子(electron neutrinos)、介子微中子(muon neutrinos)與Tau微中子(tau
neutrinos)。太陽會產生大量的電子微中子,超新星爆炸時則三種微中子都能產生
。不過,這三種微中子都很難偵測到,主因在於微中子是電中性(不帶電)、幾乎쌊沒有質量,因此與其他物質的交互作用極其微弱。科學家早期用各種方法,能捕捉
到的微中子非常少,而且大部分是來自太陽、銀河系內或附近如大小麥哲倫等銀河
系的衛星星系的超新星爆炸時所產生的微中子,絕少來自銀河系以外。然而鄰近的
超新星爆炸頻率並不高,上一次天文學家偵測到的超新星爆炸是1987年發生在大麥
哲倫星系的事件,之後就~~沒有了!下一次的鄰近超新星爆炸會落在何時、何處
,也都不得而知。
位在日本中部神岡的Super-Kamiokande實驗設備(簡稱為Super-K)是在一個位在
地面以下1000公尺的巨大水槽內放置50000噸的極純純水。基本上,它可以偵測到
電子微中子和介子微中子,但無法偵測到Tau微中子。當微中子進入水槽中,可能
會與水分子的電子交互作用而發出輻射(契忍可夫輻射,Cerenkov radiation)
,偵測器偵測到輻射後便可反推微中子的來向與能量等。
雖然反電子微中子(antineutrinos,即電性與微中子相反,但其他性質相同的粒
子)可與水分子中的質子作用而產生一個中子和一個正電子,不過以現今的技術仍
無法「看到」中子,而微中子作用所產生的正電子則無法於其他微波背景輻射的電
子或γ射線區隔,現在這些問題都能被Super-K解決了。Beacom等人發現,在純水中
加入0.2%濃度三氯化釓金屬鹽(約100噸),由於三氯化釓的作用截面積比自由質
子高出16萬倍以上,故比自由質子更易捕捉到中子,Super-K甚至可以偵測到反微中
子,這是科學家首度能同時偵測這些粒子,且偵測範圍可擴大到銀河系以外,至宇
宙一半大小的地方,這對科學家而言是相當寶貴的資料,因為範圍擴大後,遙遠星
系中的超新星爆炸也可以偵測到,不必等待數年、甚至數十年才有一次。
Super-K的三氯化釓溶解工作預計將在2006年夏天完成,屆時它將是世界上威力最
強的微中子捕捉器。
參考資料來源:http://physicsweb.org/articles/news/8/11/1
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