理論預言43年後，中微子可以撞擊原子的證據終於出現了

中微子算一個「個性」極強的粒子界「老炮」，以極不情願與其他物質相互作用而著稱。雖然有可能構建探測它們的硬體，但問題是，為了給中微子提供足夠的物質與之進行相互作用，這些探測硬體往往需要建造的非常巨大。這些相互作用也是通過能量的形式來改變粒子的特性（例如，將質子通過能量衰變轉變成中子）。

由於中微子的低質量與幾乎拒絕相互作用的特性，利用粒子碰撞的方法來探測它或許看起來十分的可笑。不過，來自美國橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Lab)的科學家證實了這一方法的可行性，他們已經觀測到了短暫的閃光，這些光產生自中微子輕輕推動原子的過程。研究成果發布在8月3日的《Science》上。

橡樹嶺國家實驗室擁有部分散裂中子源(the Spallation Neutron Source)。研究者設想，散裂中子源裝置可以用來加速質子束使其撞入水銀槽(汞)，當撞擊重核的汞時，由於重核的不穩定性使得汞裂出含有許多中子的「碎片」發散到四處，其中產生出來的中子正是許多科學研究需要的，同時，這些「碎片」中還包含了一些碰撞引起的粒子噴射中丟失的中微子。

既然已經有了如何探測中微子的想法，研究者就開始在建築物中放置各種探測器，來尋找一個儘可能少的接收中子的區域。研究者想到了這樣一個區域，這個區域與水銀槽被大量的混凝土和礫石阻隔開來，說白了，就是地下室的走廊，不過現在被稱為「中微子的小巷「。這個地下走廊還被安置了許多的水槽來阻隔中子和來自環境中的諸如宇宙射線的其他粒子，總之就是為了獲得較純的中微子。

在此之前，我們發現的中微子相互作用都涉及到中微子撞擊靶材觸發某種粒子轉變。類似地，我們期待看到中微子撞擊原子核，給其一個輕推力。更專業的說是，我們希望看到中微子通過與原子核的某個夸克交換一個Z玻色子(負責傳遞弱核力的基本粒子)來將它的一些動量傳遞給原子核，隨後使得原子核以激發光子的方式來釋放掉這部分動量產生的能量。這種相互作用在43年前就被提出，但仍未在實驗上被發現。

如果滿足以下條件的話，這種相互作用會變得更有可能實現：第一，能利用諸如橡樹嶺實驗室的設備得到相對能量更低的中微子。第二，能夠得到一個較大的原子核以供中微子撞擊。針對上述的兩個條件，研究團隊採用了碘化銫作為探測物質。這兩種元素的相對質量較重且相近，因此經過與中微子的相互作用之後所激發出的光子能量也相近，這樣就確保了單個探測體就能夠捕獲所有的與中微子的相互作用。他們將14.6千克的碘化銫放置在水銀槽下面的地下室走廊，然後通過安裝在側面的光電探測器來捕獲與中微子相互作用發射出的光子。由此，團隊獲得了長達一年多時間的數據。

圖丨對比實驗圖，光子的增多反映中微子和原子發生了相互作用

中子源給研究者提供了非常好的實驗對照。由於質子是以脈衝的方式撞擊汞的，所以，研究者可以得到脈衝間隙的數據，同時也可以得到剛過脈衝後的數據。通過比較兩組數據，研究者可以看到數據間的差異。在質子脈衝撞擊水銀槽後的會出現數據上的一些略微極端不同，一個月里大概有9次，這樣的情況與粒子標準模型的預測是一致的。如果沒有觀測到中微子相互作用的話，那麼就會有將近7個標準偏差不同於研究者的期望。

所以，在理論預言的43年後，終於有實驗證明中微子可以撞擊原子。

圖丨橡樹嶺國家實驗室

不過，作者們似乎更興奮於他們正在做的剩餘工作。他們已經安置了幾個額外的探測器來跟蹤地下室的中微子，並且升級了中微子源設備。此外，研究人員認為，他們可以利用他們碘化銫探測器方面的專業知識，製造一種小型的攜帶型中微子探測器，以擺脫需要建造建築物大小的實驗裝置的束縛，同時這樣也能為那些先前無法做的實驗創造出可行性。

小結

中微子牽手原子核「歷險記」：

用中子源產生中微子和中子（質子束撞擊水銀槽） 用混凝土過濾中子（水銀槽在地面，探測原子核在地下室，厚度是混凝土） 過濾後得到中微子撞擊原子核 相互作用後，原子核激發光子 探測器探測光子 比較差異，得到結論：中微子與原子核具有相互作用被實驗驗證。

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