关于中微子实验的一点建议

得知高能所还要建设下一个大型中微子实验，很是高兴。说起来从1980年起，我参与质子衰变实验时候，想的首先就是中微子，可以说心系中微子已经三十七年了，可以说半生纠缠中微子。

中国下一个中微子实验仍将使用液体闪烁体探测器。于是液体的闪烁光产额和衰减长度就是至关重要的参数。这里仅仅针对衰减长度提一点建议，集中在一点：衰减长度与温度的关系。

在1980年参与质子衰变实验的时候，我就在考虑衰减长度是否与物质的状态与温度有关。我当时曾经考虑过也许用冰比水更好，因为冰是晶体，热运动与液态有质的差别。一个直观的事实就是冰的颜色比液态水浅，意味着透明度更好。现在在大概很少能看到大块的冰了。在1980年以前，北京食品保鲜要使用大量的冰，在中关村32路车站附近就有一个储存冰的地窖，那都是从颐和园取出来存放在那里的。那个冰并不纯，但是比相应厚度的水要更透明…

但是后来这个质子衰变实验没有下文了也不可能对这个问题做试验研究。后来在多伦多大学做有关SSC的工作，也测过衰减长度，但是工作只开了个头SSC下马了，也没有机会深入下去。现在大亚湾和江门实验都采用有机液体闪烁体。由于是混合物，即使温度降低恐怕都不可能结晶成晶体，是否能用固体我毫无概念，当然不妨做些实验研究。然而温度对衰减长度的影响还是值得认真做些研究的。我读了高能所网上的《液体闪烁体衰减长度和光产额的测量》这篇文章，其中没有给出测试温度，应当是假设与温度无关。我估计这个测量是在室温下进行的。该实验给出了实验误差，大概在5%上下，是不是有温度变化的贡献呢？当然衰减长度对样品的纯度要求很高，对温度的细微变化并不敏感。但是如果有十度二十度的温度差别，就可能不同了。

我猜测，透明度与温度的关系大概有点像半导体的载流子迁移率与温度的关系类似。我依稀有点印象的是在CharlesKittel的书里（Introductionto solid state physics）有一些相关的论述。记得一个因素是晶体的热平衡缺欠比如空位的浓度与温度有关。我在网上也查了几本书，但是都没有衰减长度与温度的任何研究。目前我的眼睛不好读纸质书籍有些困难，使我不能到图书馆去埋头搜寻。只能存疑提出这个一个问题，供参考了。

既然散射和吸收都是一种无规则余热运动有关的耗散性的现象，不大可能与温度无关。直觉是温度越低热运动减弱，介质中的杂质对光的吸收和散射应当减弱，从而衰减长度增长。鉴于对这个参数对这个实验至关重要我建议用冰点温度再做一做闪烁产额与衰减长度的测量。无论如何对这些参数是否与温度有关我们应当心中有数。目前在方面似乎还缺乏详细的研究。在光学里我们经常遇到许多所谓的常数，它们其实都不是常数，都是频率和温度等的函数，不过在光学里，我们对频率比较敏感，至于温度就常常忘记了。就像电阻…

顺便说一句：《液体闪烁体衰减长度和光产额的测量》中的测量设备，对于比较不同液体的衰减长度毫无问题，不过对于测量衰减长度的绝对值，是不是会有系统误差值得研究。关键是如何处理光在器壁上的反射。90年代我在多伦多大学也做过类似的测量，我们用的是石英管，直径也小，引入相当大的系统误差。要消除需要加大直径并对器壁做处理，是个很困难的问题。最简单的办法就是管径足够大。也许我的中国同行已经解决了这个问题。从选择液体的角度，这个问题不重要，但是如果要用测得的衰减长度来进一步矫正实验数据，这个问题就不能忽略了。这里还有一个吸收与散射的不同，就不细说了。

前面已经说过，我不知道这种混合物的液体闪烁体是否可以固化。结晶大概不可能，不过在很低的温度下，它肯定会变得粘稠，如果一直降低温度，最后总会成为玻璃体。如果这个温度不是很低，是可以在实验室条件下达到的，我还是倾向于研究一下这种固体是否有光学上的优越性。如果衰减长度更长或者至少与液体相同，我还是倾向于用固化的探测器。可以事先做成适当尺寸的“预制件”，然后再在现场组装“焊接”起来。这种“结冰”的探测器有一个很大的优越性，就是不容易污染。液体探测器总会受到周围环境的污染（器壁等）。而低温下的【结冻】的探测器，这些污染物的扩散进探测器体内的速度就低得多。当年质子衰变实验，是假设水是不断循环净化的。我不知道大亚湾的液体探测器是否也需要不断地净化。江门的探测器比大亚湾大得多，衰减长度的影响也就更重要了。

此外如果固化的温度不很低，也可以用“区熔”法来净化。可以比较一下区熔法与蒸馏法的效率和开销。十二烷的熔点-9.6°C，以它为基体闪烁体的熔点应当在此附近。文中提到的白油不知是否是LAB。从它的分子量来看，熔点也不会很低。

这个建议算是我给我的中微子实验的同行们的礼物吧。希望不全是废话。