カナダのSNO+検出器を使用した研究者らが、太陽ニュートリノが炭素-13を窒素-13に変換するのを観測し、これまでに検出されたニュートリノ相互作用の中で最も低いエネルギー之一となった。この成果は、数分間隔で分離された光バーストのペアを追跡することで達成された。この発見は、ノーベル賞を受賞した以前のニュートリノ研究を基盤としている。
ニュートリノは、太陽の核心で生成される捕まえどころのない粒子で、物質とほとんど相互作用せず、「ゴースト粒子」と呼ばれる。画期的な成果として、SNO+実験の科学者らが、これらの粒子が地下深くの炭素原子を変形させるのを捉えた。 nSNO+検出器は、カナダのサドバリーにあるSNOLABで地下2キロメートルに位置し、宇宙線から敏感な測定を保護する。稼働中の鉱山で、炭素-13を含む液体シンチレータを使用し相互作用を検出する。チームは「遅延符合」法を採用し、ニュートリノが炭素-13原子核に衝突する初期の光フラッシュと、その結果生じた放射性窒素-13の約10分後の崩壊による2番目のフラッシュでイベントを特定した。 nデータ収集は2022年5月4日から2023年6月29日までの231日間にわたり、5.6件のそのようなイベントを検出し、太陽ニュートリノからの予測4.7件と密接に一致した。この観測は、窒素-13の基底状態へのこの反応の断面積の最初の直接測定を提供する。 n筆頭著者のGulliver Milton、オックスフォード大学物理学科の博士課程学生は、「この相互作用を捉えることは驚異的な成果です。炭素同位体の希少性にもかかわらず、太陽の核心で生まれ、検出器に到達するまでに広大な距離を旅したニュートリノとの相互作用を観測できました」と述べた。 n共同著者のSteven Biller教授は、「太陽ニュートリノ自体が長年にわたり魅力的な研究対象であり、前身実験SNOによるその測定が2015年のノーベル物理学賞につながりました。太陽からのニュートリノの理解がこれほど進歩したことは驚くべきことで、今初めてそれらを『テストビーム』として他の稀な原子反応を研究できるようになりました！」と付け加えた。 nSNO+は太陽ニュートリノ問題を解決し、Arthur B. McDonaldに2015年ノーベル賞をもたらしたSNO実験の後継である。SNOLABのスタッフ科学者Christine Kraus博士は、「この発見は実験の液体シンチレータ内の炭素-13の自然存在を利用して特定の稀な相互作用を測定します…これらの結果は、炭素-13原子核上でのニュートリノ相互作用のこれまでで最低エネルギー観測を表します」と指摘した。 n2025年にPhysical Review Lettersに掲載されたこれらの結果は、他の低エネルギー・ニュートリノ過程の研究への扉を開き、恒星核融合と宇宙進化に関する洞察を深めます。
