纠正错误，核物理学家提高了中微子研究的精确度

在巴黎圣母院大学，橡木岭氘代阵列的一部分测量了导致某些中性探测器中噪声的反应。

由能源橡树岭国家实验室的领导，一项新的研究对中微域的专业探测器中不需要的背景信号的最大贡献者进行了差异。背景的更好表征可以改善电流和未来的实验，以检测来自这些弱相互作用，电中性亚粒子粒子的真实信号，并了解他们在宇宙中的作用。

“我们已经确定了一种在我们的新测量和历史数据之间存在重大差异的反应，”Ornl的Michael Febbraro表示，在物理审查信件中发表的一项研究，呈现出改善反应的测量。“这是学习的最古老的反应之一，我们仍然发现了关于它的新事物。”

2005年从2005年被用作参考标准的一个较旧的测量被错误地分析了。它仅考虑了粒子的地面状态，而不是一个地面和兴奋状态。使用基于中子谱和次级伽马射线的探测器阵列进行的新测量，考虑了整个粒子能的谱。

Febbraro，他们构思了实验并建造了探测器，对Notre Dame大学的Richard Deboer进行了测量，奥诺尔史蒂文痛苦。其他共同作者代表萨里大学;密歇根大学安娜堡;田纳西大学，诺克斯维尔;和罗格斯大学。

这些核物理学家没有开始研究中微子属性;它们通常涉及原子核及其相互作用。但在科学中，一个区域的发现往往对其他领域的影响深远。

众所周知的核反应将碳-13变成氧气-16和中子。同样的反应是在测量中微子，无论它们是否被从太阳，大气，加速器，核反应堆或地球核心发出的实验中的实验中的主要贡献者。

需要众所周知，这种反应的速率可以准确地计算日本的Kamioka液体闪烁体Antineutrino探测器或康兰等探测器的背景。研究人员使用了一位巴黎圣母院加速器，在碳-13的靶标中射出了α粒子（即氦-4核），简要地形成氧气-17，氧气-17衰减到氧气-16和中子中。研究人员测量了“横截面”或发生反应的概率，这与中子生产的速率成比例。

“我们发现当前的世界数据集相当不正确，因为他们没有考虑到开启的其他反应渠道，”Febbraro说。“我们有一种特殊类型的探测器，可以讲述中子能量是什么，这是主要的促进技术，使得这种测量成为可能。”

中微子探测器需要大量提高弱信号。Kamland充满了一种基于碳氢化合物的闪烁体，一种与中微子相互作用并发光的油。那些闪闪发光让它更容易发现并计算难以捉摸的中微子。然而，氡的腐烂产品是一种自然发生的放射性气体，与碳-13结合，闪烁器中存在的罕见同位素，产生氧气-16和中子，其模拟中微子的信号。

康兰重约一千吨。因此，虽然碳-13仅占所有碳的1.1％，但Kamland包含10吨。氡进入探测器衰变成具有不同能量的子元素。由那些衰变产生的α颗粒与碳-13相互作用，产生压倒性信号的背景。“这是这些实验中的主要背景来源，”Febbraro说。

反应的先前参考测量仅在最低能级或地面处测量核。但是核心过于较高的能量水平，称为兴奋状态。不同的能量水平会影响反应需要特定路径的可能性。

“通过利用对中子能量敏感的设置，我们大大提高了测量的精度和准确性，”Febbraro说。

全球科学界利用含有专家生成的同行评审的参考测量的评估核数据库。为了估算Kamland的背景，康兰物理学家将核物理学家从这些数据库中的一个进行了2005年的参考测量，日本评估了核数据库。他们认为测量是正确的并将其插入其计算。

“假设兴奋状态并不重要，”Febbraro说。“包括兴奋的州不仅改变了Kamland的后台的大小，而且影响了中微子信号的多个方面。”

Ornl物理学家Kelly Chipps，有助于分析数据并与她的Ornl同事Michael Smith解释结果，同意。

“背景是你必须精确理解的东西，”她说。“否则，您看到的真实事件数量可能是完全错误的。”

询问填充大型闪烁的中微子探测器以区分从信号的背景是被蒙上眼睛的，用红色或绿色糖果涂层喂食巧克力，并要求讲述你吃多少红巧克力。

“麻烦就是，所有的糖果都是一样的，”Chipps说。“对你吃多少红糖，你会计算糖果的总数，并致电巧克力制造商，询问多少个红色糖果通常在袋子里。”

就像知道这个比率就会让你估计有关糖果量的估计，评估核数据库中的参考信息让科学家估计中微子数字。

“事实证明，我们的实验比”糖果制造商“所说的比例所说的不同答案，”Chipps继续。“这不是因为制造商意味着给出错误的答案;这是因为它们的分拣机被编程错误的值。“

Febbraro和他的核物理同事发现的新中子制作率现在可以由在康兰和其他基于液体闪烁体的中微子实验上工作的物理学家使用，以减去具有更好的准确性和精度的背景。

由于这种新测量，Febbraro的团队采用了特殊探测器来衡量类似的反应。他们发现中子生产率的差异为六个同位素。“在这个大众区域的计算不是很可靠，”他说。

参考：“新α的13C（，N）16O横截面，具有用于中微子混合和Geoneutino测量的影响”由M.Febbraro，R.J.。诈骗者，S.D.痛苦，r.Oomey，F.D。 Becchetti，A. Boeltzig，Y. Chen，K.A. Chipps，M. Coud，K.L.琼斯，E. Lamere，Q.刘，S. Lyons，K.T.梅肯，L. Morales，W.A. Peters，D. Robertson，B.C. Rasco，K. Smith，C.Seymour，G. Seymour，M.S.史密斯，E.斯通，B. Vande Kolk和M. Wiescher，8月7日2020年8月7日，物理评论信件.DOI：
10.1103 / physrevlett.125.062501.

DOE科学办公室支持探测器开发。该衡量标准在Notre Dame核科学实验室大学，由国家科学基金会提供支持。