Only Perception: 歐洲提議新型地下粒子偵測器

2007-12-01

歐洲提議新型地下粒子偵測器

New Underground Particle Detectors Proposed for Europe
http://www.physorg.com/news115637138.html

November 30, 2007
by Laura Mgrdichian

有三個新的巨大地下粒子偵測器已被提議要在歐洲建造，那能夠協助達成某些重要的物理里程碑，例如質子衰變的驗證，這已被理論化但尚未觀測到。接下來，這可能讓我們對於我們的宇宙如何演化有新的理解。

一大票歐洲科學家提議這些「次世代」地下偵測器，並在 Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 最近的一篇論文中詳述它們。

除了要尋找質子衰變的證據之外，這些偵測器能夠協助科學家學習更多關於天體物理學的微中子，這些是由超新星、太陽與宇宙射線與我們的大氣交互作用而產生的。尤其，能在天體物理學微中子能量頻譜上收集更好的資料，可幫助科學家更了解恆星的演化。

偵測器也能夠增進我們對於地球微中子的了解，那些是來自於地球內部。偵測微中子地球內部重元素放射性衰變所產生的微中子，是一個尚未探索過的研究領域，那能開啟罕見的一扇窗一窺地球內部環境。

這些偵測器都是由巨大的圓柱狀物體構成，不過將裝滿三種不同的液體，成為偵測媒介。就其本身而論，偵測器將，在某種程度上，彼此互補，每一種都有它者所沒有的能力。

Giant Liquid Argon Charge Imaging ExpeRiment (GLACIER)，被提議在波蘭 Sieroszewice 一處巨大鹽礦中建造。GLACIER 由 70 公尺寬， 20 公尺高的垂直圓柱構成，裝滿沸騰的液態氬。當一個粒子進入槽中，它將會與氬起交互作用，將某些氬原子離子化。這種互動亦將導致某些氬原子「閃爍（scintillate）」（即發射光線）。一種第二類光線，Cherenkov 輻射，也會發射。這在粒子進入氬的行進速度比氬中光線速度還要快時發生。這些類型的光都將由液態氬中的光電倍增管收集。除了離子化資料外，在 GLACIER 的科學家將能夠利用這些閃爍與 Cherenkov 光線訊號向後研究，並決定哪種粒子進入槽中。

另一個實驗，Low Energy Neutrino Astronomy (LENA) 偵測器，將會是一個長 100 公尺，直徑 30 公尺的水平圓柱。一個內部的圓柱體，直徑約 13 公尺，內含某一類型的液態閃爍體（liquid scintillator），一種混合物，那在吸收高能電磁或帶電粒子輻射上格外在行，而且幾乎立即將能量以光子發射出去。

LENA 外側圓柱將裝滿水以濾出渺子（muons），一種常見粒子，那像是超重版本的電子。光電倍增管將襯入（line）圓柱中以收集閃爍光線進行分析。LENA 較受喜愛的地點位於芬蘭 Pyhasalmi 的地下物理中心。

第三個偵測器是 MEMPHYS（MEgaton Mass PHYSics experiment）。MEMPHYS 是由三到五個圓柱體構成，每一個有 65 公尺長、65 公尺寬。MEMPHYS 將裝滿一般的水，能基於 Cherenkov 輻射偵測快速移動的粒子。當這些粒子與水交互作用時，就會產生這種輻射。這種光線將由襯在槽內壁的光電倍增管收集。MEMPHYS 所提議的地點是法國 Frejus 地下實驗室。

※ 相關報導：

＊ Large underground, liquid based detectors for astro-particle physics in Europe: scientific case and prospects
http://www.iop.org/EJ/abstract/1475-7516/2007/11/011