「幽靈粒子」微中子平常不愛互動，偶爾一撞就讓原子變成其他元素

微中子是科學上最令人困惑的粒子之一，它們幾乎不與普通物質互動而常被稱為「幽靈粒子」。近日，一座大型地下探測器首直接偵測到極罕見事件，一顆來自太陽的微中子撞到碳-13，並將原子核其中 1 個中子變成質子，導致碳-13 瞬間變成氮-13。

微中子極難與普通物質反應，現在每秒就有數兆個太陽微中子穿越你的身體，但什麼事都不會發生，要抓住 1 個「跟某原子核互動」的微中子機率極低。

此外，地球到處都有天然放射線、一堆產生電子或伽瑪光子的裝置等背景雜訊，這些都容易偽裝成「微中子事件」，因此探測微中子的實驗設備必須深埋地下（遮擋宇宙射線干擾），並採用極純淨、放射性極低材料，默默等待微中子撞擊原子核或電子瞬間產生的微弱閃光事件。

近日，位於加拿大的薩德伯里中微子觀測站實驗室（SNOLAB）首度直接觀測到「太陽微中子與碳原子反應的清楚證據！

關鍵兩步閃光

當太陽微中子撞擊碳-13 原子核，後者其中 1 個中子會轉化為質子並發射電子，原本碳-13 帶 6 個質子與 7 個中子，隨著質子數從 6 個增加至 7 個，碳也不再是碳，而是變成具 7 個質子與 6 個中子的氮-13。

約 10 分鐘後，氮-13（不穩定的氮放射性同位素，半衰期為 10 分鐘）衰變釋出反電子（正電子），也就是說微中子與碳-13 的相互作用從開始到結束，會出現獨特「兩步閃光」，理論上研究人員可觀察 10 分鐘後出現的電子和正電子，作為微中子將碳-13 轉化為氮-13 證據。

由英國牛津大學物理學家 Gulliver Milton 領導的團隊，仔細分析 SNOLAB 探測器 2022 年 5 月 4 日～2023 年 6 月 29 日期間收集的數據，挑出 60 個候選事件，分析表明，這段期間共發生 5.6 起微中子與碳-13 相互作用事件。

牛津大學物理學家史Steven Biller 說，我們對太陽微中子的理解程度已取得巨大進步，以至於我們首次能研究微中子與其他原子的稀有反應。

新論文發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）。

• Neutrino Alchemy: Sun’s Ghost Particles Finally Caught Transforming Atoms
• Researchers report first evidence of solar neutrinos flipping carbon into nitrogen
• Scientists Catch Ghost Particles Changing an Atom Deep Underground

（首圖來源：SNOLAB）