V roku 2018 sa nádrž s najčistejšou vodou pochovaná pod kilometrami skál v kanadskom Ontáriu rozsvietila sotva zistiteľnými časticami, ktoré narážajú na jej molekuly.
Bolo to prvýkrát, čo bola voda použitá na detekciu častice nazývanej antineutríno, ktorá pochádza z jadrového reaktora vzdialeného viac ako 240 kilometrov (150 míľ). Sľubuje neuveriteľný úspech neutrína Experimenty a monitorovacie techniky, ktoré využívajú lacné, ľahko dostupné a bezpečné materiály.
Ako niektoré z najrozšírenejších častíc vo vesmíre, neutrína Vo vesmíre sú zvláštne maličkosti s veľkým potenciálom odhaliť hlboké poznatky. Bohužiaľ sú takmer nehmotné, nemajú žiadny náboj a zriedka interagujú s inými časticami. Pretekajú veľkou časťou vesmíru a skalou podobne, ako keby všetka hmota bola beztvará. Existuje dôvod, prečo sú známe ako častice duchov.
Antineutrína sú antičasticové náprotivky neutrín. Typicky má antičastica náboj opačný ako náboj jej častice; Napríklad antičastica záporne nabitého elektrónu je kladne nabitý pozitrón. Keďže neutrína nemajú náboj, vedci ich dokážu odlíšiť iba od seba na základe faktov Elektrónové neutríno vznikne s pozitrónom, zatiaľ čo elektrónové antineutríno vznikne s elektrónom.
elektrónové antineutríno sú emitované Počas jadrového beta rozpadu, typu rádioaktívneho rozpadu, pri ktorom sa neutrón rozpadá na protón, elektrón a antineutríno. Jedno z týchto elektrónových antineutrín môže interagovať s protónom za vzniku pozitrónu a neutrónu, čo je reakcia známa ako inverzný beta rozpad.
Na detekciu tohto konkrétneho typu rozpadu sa používajú veľké nádrže naplnené kvapalinou vybavené trubicami fotonásobiča. Sú určené na zachytenie svetelných zábleskov Čerenkovovo žiarenie Nabité častice pohybujúce sa rýchlejšie ako svetlo môžu prechádzať kvapalinou, podobne ako pri akustickom tresku, ktorý vzniká prelomením zvukovej bariéry. Preto sú veľmi citlivé na veľmi slabé svetlo.
Antineutrína sú produkované v hojnom množstve jadrovými reaktormi, ale majú relatívne nízku energiu, čo sťažuje ich detekciu.
vstúpiť SNO+Je to najhlbšie podzemné laboratórium na svete, ktoré je pochované pod viac ako 2 kilometrami (1,24 míle) horniny. Toto skalné tienenie poskytuje účinnú bariéru proti interferencii kozmického žiarenia, čo vedcom umožňuje získať mimoriadne dobre rozlíšené signály.
Dnes je 780-tonová kruhová nádrž laboratória naplnená lineárnym alkylbenzénom, kvapalným scintilátorom, ktorý zosilňuje svetlo. V roku 2018, keď zariadenie prechádzalo kalibráciou, bolo naplnené ultračistou vodou.
Prostredníctvom 190 dní údajov zozbieraných počas tejto kalibračnej fázy v roku 2018 našla spolupráca SNO+ dôkazy o inverznom beta rozpade. Neutróny produkované počas tohto procesu sú zachytené jadrami vodíka vo vode, ktoré zase vytvárajú jemný svetelný kvet s veľmi špecifickou energetickou úrovňou, 2,2 megaelektrónvoltov.
Vodné Čerenkovove detektory majú zvyčajne problémy s detekciou signálov pod 3 megaelektrónvolty; Ale vodou naplnený SnO+ bol schopný detekovať až 1,4 megaelektrónvoltov. To vytvára účinnosť približne 50 percent pri detekcii signálov pri 2,2 megaelektrónvoltoch, takže tím si myslel, že hľadanie známok inverzného beta rozpadu stojí za ich majetok.
Analýza jedného kandidátskeho signálu ukázala, že bol pravdepodobne produkovaný antineutrínom, s úrovňou spoľahlivosti 3 sigma – 99,7 percentná pravdepodobnosť.
Výsledky ukazujú, že detektory vody možno použiť na monitorovanie výkonu jadrových reaktorov.
Medzitým sa SNO+ používa na lepšie pochopenie neutrín a antineutrín. pretože existujú neutrína nemožné merať priamomy veľa o nich neviemNajväčšou otázkou je, či neutríno a antineutríno sú presne tie isté častice. Na túto otázku odpovie vzácny, doteraz nevídaný rozpad. SNO+ momentálne tento rozpad hľadá.
„Udivuje nás, že čistá voda môže byť použitá na meranie antineutrín z reaktorov a na také veľké vzdialenosti,“ Povedal to fyzik Logan Lebanowski SNO+ Collaboration a University of California, Berkeley, v marci 2023.
„Vynaložili sme značné úsilie na extrakciu niekoľkých signálov zo 190 dní údajov. Výsledok je potešujúci.“
Výskum bol publikovaný v r fyzický recenzný papier,
Verzia tohto článku bola prvýkrát publikovaná v apríli 2023.
