高能物理與天體粒子物理學(xué)實(shí)驗(yàn)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(tái)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(gè)礦井里。探測器整個(gè)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(gè)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(tái)發(fā)表測量結(jié)果，表明太陽中微子在到達(dá)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(shí)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(jiǎng)。

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

2

日本的超級神岡探測器位于神岡附近一個(gè)深1000米的廢棄砷礦中，主要部分是一個(gè)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(jiǎng)。

超級神岡實(shí)驗(yàn)的前身——神岡實(shí)驗(yàn)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(jiǎng)。

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)）

3

大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)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(gè)實(shí)驗(yàn)站，放置了8個(gè)110噸重的中微子探測器。每個(gè)探測器的內(nèi)壁裝有196個(gè)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(shí)驗(yàn)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(jiǎng)和2016年中國國家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。