作者是物理学和天文学编辑Eloise Chakour
编者注:这篇文章是Eloise Chakour关于萨德伯里SNOLAB的两部分系列文章的第二部分。查看第1部分在这里．
SNOLAB位于安大略省萨德伯里的设施。包括世界上最深最干净的实验室。SNOLAB的研究人员从事世界级的科学研究，包括许多寻找暗物质和中微子的实验。我们将探索两个暗物质实验氩脉冲型分辨暗物质实验(DEAP-3600)和PICO -以及中微子实验SNO+。
寻找暗物质:DEAP-3600和PICO
Abell 1689星系团位于处女座。这张照片是利用哈勃太空望远镜的可见光和红外数据拍摄的。覆盖在图像上的紫色区域是暗物质分布的模拟，暗物质的分布需要创造所需的引力，以保持这个星系团像观测到的那样旋转。图像: NASA, ESA, E. Jullo(喷气推进实验室/LAM)， P. Natarajan(耶鲁大学)和j . P.。Kneib (LAM)， CC3.0。
暗物质是物理学中最大的谜团之一，但其基本原理非常简单。整个20个国家th世纪以来，天文学家和天体物理学家注意到星系和星系团的行为不一致。更具体地说，他们确定宇宙中没有足够的物质来创造所需的引力来保持星系旋转。由于他们无法看到或测量他们的观察结果，物理学家给这种神秘物质命名暗物质．探测和描述暗物质是现代天体物理学的圣杯。
关于暗物质的性质有很多假设，从新型粒子来熟悉粒子的不同味道,小黑洞．一些物理学家甚至提出理论，暗物质根本不是真正的物质!相反，我们认为暗物质的作用很简单重力的作用方式我们还不了解．
弱相互作用大质量粒子
其中一个比较流行的假设是关于弱相互作用大质量粒子的，这是一种粒子，它有一个讨人喜欢的名字弱作用大质量粒子．的deap - 3600而且皮科SNOLAB的实验正在寻找大质量弱相互作用粒子，但还没有发现任何。而一些研究人员把这个缺乏检测作为弱相互作用大质量粒子不存在的标志，许多物理学家相信它们可能很快就会被探测到。为什么?关键指标就在名字里:它们确实是弱相互作用．这意味着这些粒子不与其他粒子接触，使它们困难供物理学家测量。
DEAP-3600和PICO实验在非常不同的原理上工作，但它们都在寻找相同的WIMP相互作用:与粒子的碰撞原子的原子核．物理学家认为，当WIMP与原子核碰撞时，能量会被耗散，可以被测量。
DEAP-3600使用一个巨大的设备，由一个内部球形罐装满3600kg液氩四周由检测箱测量直径8米，它寻找wimp -氩相互作用。这些相互作用激发了氩原子发出紫外线当它回到之前较低的能量状态时。探测器测量这种光。
PICO采用改良的泡沫箱一种过热流体的小气泡悬浮在另一种液体中。在WIMP相互作用的情况下，过热的气泡立即变成气体，这是由探测器测量的。
DEAP-3600和PICO都使用SNOLAB的自然保护，因为非WIMP相互作用会干扰测量，并且很难判断信号是由WIMP还是其他东西引起的。目前，两个实验都没有发现任何WIMP的候选。然而，DEAP-3600有排除大质量弱相互作用粒子的探测比质量范围这样一来，物理学家就可以重新调整实验的重点，并调整设备，以确保在大质量弱相互作用粒子存在的情况下，最大概率地探测到它们。
寻找中微子:SNO和SNO+
中微子是不带电荷的非常轻的亚原子粒子。它们是关键的组成部分许多粒子物理相互作用，但是难以察觉因为它们就像弱相互作用大质量粒子一样弱相互作用的。
在这个简短的视频中，Kirsty Duffy博士解释了中微子的基本知识。
SNO:诺贝尔中微子奖
为许多年，观察到的数据有差异太阳中微子——来自太阳的中微子——以及物理学家期望探测到的数量。被称为太阳中微子问题在英国，这种差异一直是个谜，直到萨德伯里中微子天文台(SNO)的一个团队发表了他们的研究结果突破性的成果．SNO使用了一种非常类似于DEAP-3600的设备:一个巨大的球形液体室，周围环绕着探测器，用于观察中微子与室内电子或原子核相互作用时产生的光。
阿瑟·b·麦克唐纳SNO的团队确定了为什么观测到的中微子比预期的要少。首先，他们证明中微子具有非零质量，这与人们普遍持有的观点相矛盾。他们发现三种不同的味道或者中微子的类型(电子、μ子和τ子)，并确定它们的不同部分是由它们的质量决定的。其次，他们发现中微子似乎可以自发地在不同类型之间切换，这种现象被称为中微子振荡．这一发现解决了太阳中微子问题。太阳只产生电子中微子．其中一些中微子在到达地球之前会振荡成其他类型。由于物理学家只是在寻找一种类型的中微子，他们观测到的来自太阳的中微子中只有一小部分到达了地球。麦当劳是该奖项的共同获奖者2015年诺贝尔物理学奖获奖原因:他对中微子振荡理论的贡献。
SNO+:中微子研究的未来
对中微子的新见解可以通知我们是如何理解宇宙的呢超越标准模型的物理学．在原SNO实验完成后，对仪器进行了升级和更名SNO +．今天，许多实验在SNO+同时进行，最著名的是一个试图探测一种理论现象的项目无中微子双β衰变(NLDBD)。当一些原子经历一种叫做β衰变，它们会释放一个中微子。许多物理学家认为，β衰变可能不会产生任何物质可观测的中微子。
当一个质子(p)衰变为一个中子(n)、一个正电子(电子的反物质孪生兄弟e+)和一个中微子(νe)时，一个原子的标准β衰变就发生了。图片:Master-m1000，公共领域。
NLDBD是基于中微子的反物质双胞胎的性质，称为它反粒子．目前，所有已知的粒子都属于两种类型:要么它们的反粒子是不同的粒子(比如电子/正电子)，要么它们的反粒子与它们完全相同(像光子)．如果中微子像电子一样，NLDBD就不会发生。然而，如果它们像光子一样，NLDBD就可以被观察到，因为两个同时衰变的β衰变发出的两个中微子将像物质-反物质对一样作用，并在它们被观察到之前有效地相互湮灭。这意味着能够观测或排除NLDBD将有助于揭示中微子的性质。一些研究人员认为这项工作可以帮助解决为什么宇宙中物质比反物质多的谜团。
在其10年的运作中，SNOLAB为加拿大科学做出了重大贡献。从成立之初的SNO到目前的前沿研究项目，SNOLAB一直是一个创新中心，也是加拿大天体粒子物理学的强大力量。物理学家们对在SNOLAB进行的研究寄予厚望，希望它能在未来十年揭示物理学中两个最大的问题——暗物质和中微子。
特色图:萨德伯里中微子实验(SNO)由一个直径12米的球体组成，球体内充满重水，周围环绕着近10,000个光电倍增管，这些倍增管可以探测中微子通过水时产生的辐射。图像伯克利实验室，CC 2.0。
