光電倍增管在高能物理與天體粒子物理學(xué)實驗領(lǐng)域的應(yīng)用

高能物理與天體粒子物理學(xué)實驗領(lǐng)域是光電倍增管應(yīng)用的主要領(lǐng)地

加拿大薩得伯里天文臺的中微子探測器位于安大略省薩得伯里附近深2100米的一個礦井里。探測器整個浸泡在30米高的裝滿普通水的圓柱形容器中，其主要部分是一個直徑12米的球形容器，里裝1000噸重水，容器周圍安裝了約9600只直徑8英寸的光電倍增管，用于探測中微子發(fā)生反應(yīng)后在水中產(chǎn)生的切連科夫輻射。

2001年6月，薩得伯里天文臺發(fā)表測量結(jié)果，表明太陽中微子在到達地球途中，在三種不同“味”的中微子之間發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化，即中微子振蕩，這一結(jié)果同時表明中微子是有質(zhì)量的，而不是粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型中所預(yù)言的零質(zhì)量粒子。加拿大女王大學(xué)的麥克唐納因此獲得了2015年諾貝爾物理學(xué)獎。

加拿大薩得伯里天文臺中微子探測器的光電倍增管陣列（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

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日本的超級神岡探測器位于神岡附近一個深1000米的廢棄砷礦中，主要部分是一個高41.4米、直徑39.3米的圓柱形容器，容器內(nèi)裝有5萬噸高純度水，內(nèi)壁安置了約11200只20英寸光電倍增管，用于探測中微子發(fā)生反應(yīng)后在水中產(chǎn)生的切連科夫輻射，以及1900只朝外的8英寸光電倍增管，用于探測宇宙線。1998年，超級神岡憑借測量大氣中微子的比例發(fā)現(xiàn)了中微子振蕩現(xiàn)象，東京大學(xué)的梶田隆章教授因此榮獲了2015諾貝爾物理學(xué)獎。

超級神岡實驗的前身——神岡實驗采用了3千噸水和1000支20英寸光電倍增管，探測到了超新星中微子，梶田隆章的導(dǎo)師小柴昌俊因此獲得了2002年諾貝爾物理學(xué)獎。

日本超級神岡中微子探測器的光電倍增管陣列（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

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大亞灣中微子實驗位于廣東深圳大亞灣核電站內(nèi)，在距反應(yīng)堆360米到1900米的山腹中設(shè)立了三個實驗站，放置了8個110噸重的中微子探測器。每個探測器的內(nèi)壁裝有196個8英寸光電倍增管，用來探測中微子在液體閃爍體中發(fā)出的閃爍光。2012年大亞灣實驗發(fā)現(xiàn)中微子振蕩的新模式，獲得美國基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎和2016年中國國家自然科學(xué)一等獎。