薩德伯里微中子觀測站

title: 实验动机.
content: 早于1960年代,就已有实验获得关于太阳中微子抵达地球的测量数据。在SNO实验之前,所有实验都只观测到大约为标准太阳模型所预测的中微子数量的1/3至1/2。这效应被称为太阳中微子问题。几十年来,很多理论被提出来解释这效应。其中一个是中微子振荡假说。  1984年,尔湾加州大学物理学教授赫伯特·陈最先指出,重水是制作太阳中微子探测器的优良材料。与其它先前探测器不同,使用重水为材料的探测器能够感受到两种反应,一种会感受到所有风味的中微子,另一种只会感受到电中微子,因此,这探测器可以直接测量中微子振荡。萨德伯里的科瑞顿矿井是全世界最深的矿之一,背景辐射非常低,因此很快地就被确认为安置赫伯特·陈所提议的实验的理想地点。同年,SNO团队举行第一次会议。1990年,实验计划正式被批准。  在这实验里,当中微子与重水相互作用时,会出现相对论性电子以高速度移动经过重水,因切连科夫效应而产生蓝色光锥。中微子探测器可以直接探测到这蓝色光波。
title: 探测器细节.
content: SNO探测器的主要部分是一个直径12米的球形容器,里面装有1000吨重水,容器壁用丙烯酸脂制成,厚度为5厘米,在容器的外面有一个直径17米的测地球,在测地球里面安装了9600个光电倍增管,用于探测切连科夫辐射。为了给予浮力与辐射屏蔽,整个探测器浸泡在直径22米34米高的装满普通水的圆柱形腔中,在全世界里,这么深的地下腔之中,这是最大的地下腔,为了预防岩爆,需要使用高功能锚杆支护技术。安装在安大略省萨德伯里的科瑞顿矿井里,深度达到2100米,这样做的目的是利用地层对宇宙线进行屏蔽,以减轻干扰。  SNO的控制室与设备室都维持在洁净室状况。整个设施大部分维持在级别 3000标准的洁净度,即尺寸不小于1 μm的粒子少于3000个每1 m空气;载有探测器的圆柱形腔维持在级别 1000标准的洁净度。
title: 电性流相互作用.
content: 在电性流相互作用里,中微子将重氢里的中子变为质子,并且释出一个电子:  其中,formula_2是电微中子,formula_3是重氢,formula_4是质子,formula_5是电子。  太阳中微子的能量小于缈子与陶子的质量,因此只有电中微子能够参与反应。释出的电子会带走中微子的大部分能量,由于这能量相当强大,电子会以相对论性速度被发射出来。由于这速度大于光子移动于水中的速度,因此会产生切连科夫辐射,可以被光电倍增管探测到,而辐照度则与入射中微子的能量呈正比。释出的电子朝着所有方向发射,但它们稍微比较青睐朝着中微子源的方向发射。标准太阳模型预言,SNO实验每日大约会发生30个电性流事件。
title: 中性流相互作用.
content: 在中性流相互作用里,中微子离解了重氢,将其分裂成中子、质子:  其中,formula_7是任意一种中微子,formula_8是中子。  中微子因此会失去一些能量,但仍旧继续存在。三种中微子参与这相互作用的可能性都相同。中子的捕获截面会随着中子的慢化而增加。随着中子接连地散射于重水,中子的能量会降低,速度越来越慢,最终会被水的原子核捕获,同时发射出伽玛射线,其与电子发生散射,传输能量给电子,从而产生可被探测的切连科夫辐射。慢化过程摧毁了所有能量信息与方向信息。SNO实验发展出两种方法来改善探测效率。一种方法使用氦-3正比计数器,另一种方法使用氯盐。标准太阳模型预言,SNO实验每日大约会发生30个中性流事件。
title: 电子弹性散射.
content: 在电子弹性散射里,中微子与束缚于原子里的电子发生碰撞:  在这过程里,中微子会传输给电子一些能量。所有三种中微子都能参与这相互作用,这是通过交换中性Z玻色子,电中微子也可通过交换电性W玻色子参与这相互作用,这使得电中微子的反应截面增加6至7倍。因此,电子弹性散射的主要参与者是电中微子。由于这相互作用就好似台球的相对论性版本,生成的电子的移动方向通常会与中微子移动方向一样(朝着远离太阳的方向)。由于这种相互作用发生在束缚于原子的电子,它在重水与轻水都会发生。标准太阳模型预言,SNO实验每日大约会发生3个电子散射事件。
title: 实验结果与影响.
content: 2001年6月18日,SNO首次发表科学结果,首先给出中微子振荡的明确证据。这结果意味着中微子的质量不等于零。SNO观测到的所有中微子的总通量符合理论预言。之后,更多SNO实验结果确定与改善原本结果。  虽然超级神冈探测器捷足先登,早在1998年就发表中微子振荡的证据,它的结果并非终极结果,并且不是专注于观测太阳中微子。SNO的结果首先直接展示太阳中微子的震荡。对于标准太阳模型,这结果具有关键性作用。SNO发表的两篇论文已被引用超过1,500 次,另外两篇论文也已被引用超过750次,从此可以知悉SNO结果在这领域所造成的重大影响。2007年,富兰克林学院颁授物理学的富兰克林奖章给SNO主任阿瑟·麦克唐纳由于「发现了微中子震荡,并因此证明了微中子具有质量」,麦克唐纳分享2015 年诺贝尔物理学奖。
title: 更多功能.
content: 当SNO探测器工作时,它可以探测到发生于银河系内的超新星。由于中微子的释出时间会比光子早很多,天文团体可以提早警觉到超新星光学事件将会发生。SNO是超新星早期预警系统(SNEWS)的创始成员之一。尚未发生任何超新星预警事件。  SNO实验能够观测到宇宙射线与在大气层产生的大气中微子。与超级神冈探测器相比较,由于SNO探测器的尺寸大小比较有限,能量低于1 GeV的宇宙射线中微子信号不具有统计显著性。

Summary: 萨德伯里微中子观测站(英语:Sudbury Neutrino Observatory,缩写为英语:SNO)是位于加拿大安大略省萨德伯里2100米深的镍矿中的中微子观测站。因为对于中微子振荡的发现做出重大贡献,SNO实验主任阿瑟·麦克唐纳荣获2015年诺贝尔物理学奖。萨德伯里微中子观测站的建立是为了要研究太阳中微子问题。观测站的中微子探测器主要是用来探测太阳中微子,通过它们与重水的相互作用。探测器从1999年5月开始启用,直到2006年11月为止。虽然探测器已停止运作,在未来数年中,SNO团队仍会继续分析在那段时期获得的数据。现今(2015年),已被扩充的地下实验室仍旧继续被用来进行其它SNOLAB实验。SNO的设备正在整修,准备未来用于SNO+实验。

Sudbury Neutrino Observatory: Das Sudbury Neutrino Observatory (SNO) ist ein Neutrino-Observatorium in einer alten Nickelmine in der Nähe von Sudbury, Ontario, Kanada, das im Mai 1999 in Betrieb ging. Der Detektor wurde am 28. Oktober 2006 abgeschaltet, die gewonnenen Daten werden seither analysiert. Gleichzeitig wurde geplant, die Infrastruktur für weitere Experimente zu nutzen, was mit dem Experiment SNO plus ("SNO+", "SNOplus") seine Fortsetzung findet. Szintillator im SNO-plus-Experiment wird insbesondere Lineares Alkylbenzol (LAB), ein Grundstoff für Tenside, sein. Neue Inbetriebnahme dürfte 2014 sein.