在地下2100 米深處，SNOLAB 實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家正在研究宇宙中難以捉摸的組成粒子：中微子。
中微子是一種中性基本粒子，以近光速在空間穿梭。中微子不帶電，幾乎不與任何物質(zhì)發(fā)生作用，因此可以暢通無阻地穿行。這使得中微子可以傳播很遠(yuǎn)的距離，從z*遙遠(yuǎn)的星系來到地球。由于行蹤詭秘，因此中微子的研究格外困難。
利用光閃爍探測
為俘獲這些微小的基本粒子，科研人員已潛入地下深處。SNOLAB 物理實(shí)驗(yàn)室位于加拿大安大略省薩德伯里的一個(gè)鎳礦之中。在這里，科學(xué)家可以進(jìn)入占地 5,000 平方米的潔凈空間，而 2,100 米厚的巖石層保護(hù)實(shí)驗(yàn)室免受宇宙輻射影響，只有中微子可以穿透此屏障。實(shí)驗(yàn)室中心是一個(gè)中微子探測器，由直徑為 12 米的球形丙烯酸容器組成。
對于目前以 SNO+ 為名開展的實(shí)驗(yàn)，容器內(nèi)裝有 800 公噸以直鏈烷基苯 (LAB) 制成的特殊液體。這種液體在電離輻射刺激下會(huì)釋放出紫外線。紫外線反過來會(huì)刺激溶解在液體中的著色劑，進(jìn)而發(fā)出藍(lán)色熒光。當(dāng)中微子穿過液體時(shí)，若離原子核 足夠近，便可觸發(fā)相互作用，從而產(chǎn)生微弱的光閃爍。與此同時(shí)，容器周圍的高敏感傳感器可以檢測這種閃爍。
為確保成功檢測到亞原子粒子，必須清除直鏈烷基苯中的所有無用物質(zhì)，而真空技術(shù)則可以做到。借助真空泵，清潔系統(tǒng)中將產(chǎn)生 20 毫巴的負(fù)壓。在 238 度的高溫下，即便z*微小的重金屬也能通過多級(jí)蒸餾過程從液體中清除。之后，水蒸氣和氮?dú)庠俅卧谡婵障?，穿過汽提塔中的液體。這將逐出氡氣、氪氣、氬氣和氧 氣，調(diào)節(jié)液體中的水含量。位于真空泵排氣口處的冷凝器確保水蒸氣的可靠回收。此時(shí)，清潔過程產(chǎn)生的廢氣會(huì)得到冷卻、液化并灌注到收集容器中。
中微子研究獲得諾貝爾獎(jiǎng)
在新的 SNO+ 實(shí)驗(yàn)中，直鏈烷基苯將替代初始 SNO 項(xiàng)目容器中灌注的重水。憑借這些s*開先河的研究，SNO 實(shí)驗(yàn)的負(fù)責(zé)人阿瑟?麥克唐納 (Arthur McDonald) 榮獲 2015 年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1999 年至 2006 年期間，他利用此重水來研究太陽發(fā)生核聚變反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的中微子。然而，研究并未得出之前標(biāo)準(zhǔn)物理模型所預(yù)言的中微子零質(zhì)量的結(jié)果。
相反，發(fā)現(xiàn)的偏差可以利用中微子振蕩理論加以解釋：三種不同類型的中微子（電子、μ 子和 τ 子）能夠相互轉(zhuǎn)換。然而，無論多么小，這種現(xiàn)象只有在中微子存在質(zhì)量時(shí)才有可能發(fā)生。
與使用重水的z*初實(shí)驗(yàn)相比，中微子與直鏈烷基苯相互作用，發(fā)出更顯著的光芒。新實(shí)驗(yàn)的主要目的是研究頗具爭議的中微子雙 β 衰變過程，而液態(tài)直鏈烷基苯還可以用于檢測質(zhì)子-電子-質(zhì)子 (PEP) 反應(yīng)產(chǎn)生的太陽中微子。其他目的還有，探測地球放射性衰變過程中產(chǎn)生的反中微子，以及核裂變反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)堆中微子。如果一顆超新星出現(xiàn)在我們星系中，它 還可用于探測超新星中微子。借助中微子測量，研究人員希望進(jìn)一步了解宇宙的基本力量。
自 2012 年以來，Snolab 一直使用 Busch 的真空技術(shù)。
