探测中微子，化学家也出力了好嘛！

中微子作为粒子物理研究大热门，今年刚得诺奖。国内科研圈甚至媒体圈也耳熟能详，因为我们的王贻芳学长领导的团队在这个领域成果很腻害。

但今天小氘不想聊王贻芳、Takaaki Kajita或Arthur B. McDonald。只想聊聊中微子探测领域，化学家也功不可没！

首先简单科普一下，为了证实中微子有质量，必须在一个巨大的地下储液器中探测亚原子级的粒子。

这种探测器往往体型庞大，且对密集恐惧症患者不够友好。

图片来源：http://cen.acs.org/articles/93/i43/Chemistry-Helping-Physicists-Detect-Neutrinos.html

获得诺奖的工作中，储液球内储存的是水。水中探测中微子基于契伦科夫辐射，当粒子在水中移动速度高于光速时，会产生这种辐射。就像速度快过声音的飞机会产生音爆一样，中微子飞行速度快过光时会产生光激波，它会被储液器内置的光电倍增管（对，就是那些boling boling的灯泡）探测到。物理学家在Super-Kamiokande用普通的水，在SNO用重水，南极的IceCube天文台甚至可以用冰。

但随着该领域的发展，中微子物理学家希望用成分更复杂的液体，增加探测不同来源中微子的灵敏度，发现其更多的特性。

幸好除了契伦科夫辐射，还有一种探测中微子的方法：闪光。中微子和有机液体的质子和中子反应，产生闪光。

于是

日本的Kamioka Obseravory实验室已经启用十二烷、1,2,4-三甲苯及荧光素2,5-二苯基恶唑混合液体替代水。而中国的大亚湾工程，有机液体为钆（ga）掺杂的直链烷基苯。钆增加了中微子探测的可信度。当中微子的反物质对，反中微子，与一个质子碰撞，会产生一个正电子和一个中子，正电子引发闪光。钆可以吸收中子并发射γ射线，产生二次闪光，进一步证明反中微子的存在。

如今，化学家正在寻找一种能够涵盖所有种类中微子检测的液体。

领导布鲁克海文国家实验室中微子与核化学团队的Minfang Yeh指出，制备混合液体的挑战主要是使水和有机物（如直链烷基苯）能够很好的混合，并能稳定（不分层）十年以上的时间。为了帮助水油混合，他的团队已经试验了各种表面活性剂，包括聚乙二醇辛基苯基醚（Triton X-100，常用于生物实验的非离子型表面活性剂），及直链烷基苯磺酸盐衍生物。当然，所有成分不能与容器反应（SNO+用聚丙烯酸材质球形储液器）。

SNO下一代液体闪烁剂（SNO+设备）将能够检测低能量反中微子，因而液体闪烁剂将包含2,5-二苯基恶唑和碲（Te）。SNO+的科学家希望用碲探测一种非常罕见的现象——中微子双β衰变——当原子核发生衰变，发射两个中微子，它们在衰变过程中相互湮灭。Chen表示：“中微子双β衰变此前从未观测到，如果我们可以做到，将能证明中微子是自身的反粒子，也就解释了为什么中微子这么轻。”

为了在液体闪烁剂中引入碲，Yeh的团队求助于女王大学和牛津大学的化学家，合作研究表面活性剂。研究者用不同的配体（如羧酸或二醇）与碲反应，期望获得一种有机碲化合物，用于制造新型液体闪烁剂。

有机碲化学

图片来源：Current Organic Synthesis.10.2174/157017941205150821122506

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（本文由 氘氘斋 供稿）