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装有7万吨液氩的探测器,能否探测到超新星发生的奥秘中微子?

当一颗大质量恒星抵达生命的止境时,它可能会以一种被称为超新星的进程爆破。这种比太阳质量大得多的大质量恒星在其间心耗尽了燃料,引力迫使中心自行崩塌,导致冲击波构成,并将恒星物质喷射到太空中,金属与碳等重元素一同被排入世界。但是,恒星爆破99%的能量是以中微子的方式释放出来,中微子是不带电荷的粒子,简直不与周围的物质相互作用。

当一些中微子抵达地球时,它们在几十秒长的瞬间以电子、?子和τ抵达地球。除了很少与物质相互作用外,这些中微子中的每一个都只包含相对较少的能量,这使得它们在地球上更难调查到。科学家曾在1987年观测过一次超新星爆破发生的中微子,大约24个中微子在全球各地的几个粒子探测器中相互作用,这些中微子让咱们深化了解大质量恒星的生命周期和它们是怎么演化至晚期的。

但是,24个中微子并不足以独爱咱们超新星是怎么发生的。有几十种不同的理论和模型来描绘超新星爆破进程,为了全面描绘它,需求调查更多来自中心塌缩超新星的中微子。进入由费米试验室掌管的世界深层地下中微子试验,DUNE将研讨中微子的性质并寻觅新物理学,一起等候超新星中微子的到来。该试验将包含两个粒子探测器:坐落费米试验室的“近探测器”和坐落南达科他州桑福德地下研讨设备1300公里外的“远探测器”。

电子中微子

最远的探测器是大多数超新星中微子被探测到的当地,探测器的巨大尺度加上其令人形象深入的灵敏度,意味着在咱们银河系的下一次超新星期间可以观测到数千个中微子。DUNE首要对中微子电子味灵敏,这是科学家搜集超新星爆破中微子数据中的一种新类型,到目前为止,这些数据只由1987年的反电子中微子样本组成,这种对电子中微子的灵敏度使DUNE有别于其他试验。

DUNE是世界上仅有能精确丈量电子中微子的试验室,当超新星中微子和氩原子相互作用时,组成氩原子的质子和中子可以提升到更高的能级。然后氩原子失激,成果可以发射出各种粒子。其间包含伽马射线、中子和质子,所有这些都可能在DUNE探测器上留下信号。DUNE将寻觅的首要签名来自于相互作用中发射的电子,短电子轨道和次级粒子(乃至更短的“光点”)一起构成了DUNE上的首要超新星信号。

超新星与中微子

跟着大质量中心陷落的进行,中微子将脱离正在爆破的恒星。DUNE丘应该可以区别超新星爆破的不同阶段,由于它留下了不同的相互作用和信号。这有助于对每秒脱离超新星的中微子数量和爆破机制施加约束。不同超新星中微子流量模型会在DUNE探测器中发生不同数量的中微子相互作用和信号。关于一种特别的通量模型,称为箍缩热模型,有几个参数操控着中微子的能量和预期相互作用次数。

从预期DUNE超新星信号中丈量通量模型参数办法的开展,DUNE的信号会遭到探测器的特别特性、探测器阈值和输入模型的影响,为了最精确地丈量通量参数,有必要考虑这些不确定性。DUNE协作将研讨中微子的性质,跟着物理学家不断完善和改善DUNE的规划,将持续研讨中微子,以揭开大质量恒星中心崩塌超新星爆破背面的奥妙。

博科园|研讨/来自:费米国家加速器试验室

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