中微子實(shí)驗(yàn)探測進(jìn)展1第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五諾貝爾2002年物理獎

50%是

n天文物理:

Ray.DavisJr.(U.Penn):

經(jīng)典的“氯”

的實(shí)驗(yàn)

小柴昌俊

(東京大學(xué)):

Kamiokande&SuperK(神崗)50%toRiccardoGiacconi,inX-RayAstronomy2第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五中微子研究是重大前沿課題中微子充滿宇宙,很有可能是暗物質(zhì)的一種.對宇宙而言,中微子是舉足輕重的重要成份中微子是微觀世界最基本的單元之一.雖然質(zhì)量最小,作用最弱,但對粒子物理發(fā)展的影響則是巨大的.中微子又是極為特殊的物理探針.它可以將幾萬光年以外星體的信息帶到地球,也可以將太陽內(nèi)部的信息傳遞給人類.因此,中微子物理是當(dāng)前基本粒子物理,宇宙學(xué)和天體物理的重要前沿課題.她既關(guān)系到微觀粒子結(jié)構(gòu)和相互作用,又關(guān)系到宏觀宇宙的起源演化,它既是研究的微觀對象,又是研究宏觀世界的獨(dú)特工具,她在兩個截然不同的世界里卻扮演著了非同小可的角色,是聯(lián)系著兩個世界的重要紐帶.3第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五和光子一樣多的中微子:300/cc來自太陽,超新星,宇宙線,反應(yīng)堆,加速器,大氣層,地球&大爆炸遺跡…中微子的來源可觀測區(qū)4第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五

中微子探測原理

1.CC帶電流反應(yīng):n+pl+n

ne+pe++n

nm+pm-+n;

nm+Nm-+X(shower)

2.NC中性流反應(yīng)

nm+Nnm+X(shower)3.n與核子的非彈性散射ne+(A,Z)e++(A,Z-1)4.中微子電子散射反應(yīng)ne+ene+e

5第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五中微子反應(yīng)截面對中微子實(shí)驗(yàn)的挑戰(zhàn):

“如何應(yīng)對如此小的截面?”需要

建立大規(guī)模的探測器，

但要低本底，低成本!StrongElectro-magneticWeak

l(H2O)250光年!En~1015eV,L~地球的直徑

6第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五※0.1-1keV中微子:R&D:

低溫探測技術(shù)※keV-MeV中微子:最早使用:

輻射化學(xué)技術(shù)(太陽中微子Cl,Ga)

ne+nXnY*R&D:

發(fā)展實(shí)時+能量測量的方法

正在進(jìn)行:

閃爍晶體,固體探測器ne+ee+ne※MeV-GeV中微子:正在進(jìn)行:

水Cherenkov探測器，液體閃爍計(jì)數(shù)器※GeV-TeV中微子:很早使用:

高能物理實(shí)驗(yàn)探測系統(tǒng)※天體物理超高能(UHE)中微子:重大項(xiàng)目:

水/冰Cherenov,電磁波/聲波,宇宙線大氣簇射..

探測技術(shù)7第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五輻射化學(xué)實(shí)驗(yàn)從30噸靶(1029個原子)中tons的抽取30個原子

GALLEX:ne+71Ga71Ge,探測

71Ge的X-rays8第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五大規(guī)模探測器中探測技術(shù):

Cherenkov輻射探測E.Kearns,BUPermitsoneSensortoseeAreaofΛ2atten9第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五Super-Kamionkande

※水Cerenkov探測器:5萬噸,

11,000+

只直徑半米的PMTs

日本中部

神崗1000m的地下s※物理:

太陽

n,大氣

n,長基線加速器

n,質(zhì)子衰變..※

重大事故(PMTs爆裂)損壞7000PMTs，今年底50%PMTs取數(shù)

!!!10第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五11第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五SK>5MeVe-ringfromne+escatteringTheSunISBurning!!12第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五SKsub-GeVeventsfromatmosphericninteractionsm-ringfromnmNe-ringfromneNNCeventswithp0

2g13第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五SNO探測器（Sudbury中微子實(shí)驗(yàn)）※重水Cerenkov探測器:1千噸重水,7千噸屏蔽水，9456只PMTs在2000m地下.※物理:太陽

n…14第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五Actualmeasurements:onlydetecte-(aburstoflight):deconvolutethechannels15第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五探測ne的“Reines’反應(yīng)”:

ne+pe++n

探測e+和

延遲的n-俘獲

液體閃爍體（含質(zhì)子的靶）探測器

DiscoveryofNeutrinos,Reines195616第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五KamLAND

長基線

反應(yīng)堆

n(對世界20%反應(yīng)堆的中微子靈敏!)

平均距離160km1千噸液體閃爍體在神崗山洞內(nèi)

探測太陽

n

還沒有物理結(jié)果

(批準(zhǔn)剛5年!!)

17第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五

加速器n(1-10GeV)實(shí)驗(yàn):

典型的高能物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)-

m

徑跡探測,

對電子或強(qiáng)子的簇射量能器 CC:nm+Nm-+X(shower)

NC:nm+Nnm+X(shower)18第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五CHORUSNOMAD19第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五

Charm探測器20第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五MINOS探測器21第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五MUON儲存環(huán)中微子工廠ne&nm+anti-n’s,control&selectableintensesourceknownspectraprecisionmeasurementsofDm2andijsearchofCPviolationneedO(1000km)baselineBIGprojects!!!22第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五用核乳膠直接觀測

nt

nNInteraction@EmulsionFieldofView:100mmX120mmEventsfromDONUT@FermiLabnt23第23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五可見光Cherenkov

中微子望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo):探測天體物理

nat1012-1015eVNESTOR

Pylos,GreeceANTARESLa-Seyne-sur-Mer,France

BAIKAL

RussiaDUMANDHawaii(cancelled1995)

AMANDA,SouthPole,AntarcticaNEMOCatania,Italy24第24頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五IceCube–km3

n

望遠(yuǎn)鏡SouthPoleIceCubeAMANDA※

探測高能(1012-1015eV)n’s25第25頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五電磁波Chenrenkov探測器:

for>1015eVneutrinos;target-Moon,AntarticIce,Saltmine……26第26頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五En>1015

eV:利用地球山峰做耙

的實(shí)驗(yàn)27第27頁，共29頁，2023年，2月20日，星期五En>1019eV:從太空觀測Cherenkov或熒光28第28頁，共29頁，2023