Призрачное свечение атомной электростанции обнаружено в чистой воде на расстоянии 150 миль

Погребенный под километрами скалы в Онтарио, Канада, резервуар с чистейшей водой вспыхнул, когда едва заметная частица врезалась в его молекулы.

Это первый случай, когда вода использовалась для обнаружения известной частицы. как антинейтрино, которое возникло из ядерного реактора на расстоянии более 240 километров (150 миль). Этот невероятный прорыв обещает эксперименты с нейтрино и технологии мониторинга, в которых используются недорогие, легкодоступные и безопасные материалы.

Как одни из самых распространенных частиц во Вселенной, нейтрино — странные маленькие вещи с большим потенциалом для более глубокого обнаружения. прозрения во Вселенную. К сожалению, они почти не имеют массы, не несут заряда и почти не взаимодействуют с другими частицами. В основном они текут сквозь пространство и скалы, как если бы вся материя была бестелесной. Есть причина, по которой они известны как частицы-призраки.

Антинейтрино — античастичный аналог нейтрино. Обычно античастица имеет заряд, противоположный своему эквиваленту частицы; античастица отрицательно заряженного электрона, например, является положительно заряженным позитроном. Поскольку нейтрино не несут заряда, ученые могут отличить их друг от друга только на основании того факта, что электронное нейтрино появляется рядом с позитроном, а электронное антинейтрино появляется вместе с электроном.

Электронные антинейтрино испускаемый во время ядерного бета-распада, типа радиоактивного распада, при котором нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино. Затем одно из этих электронных антинейтрино может взаимодействовать с протоном с образованием позитрона и нейтрона — реакция, известная как обратный бета-распад. распада. Они предназначены для улавливания слабого свечения излучения Черенкова, создаваемого заряженными частицами, движущимися быстрее, чем свет может проходить через жидкость, подобно звуковому удару, создаваемому при преодолении звукового барьера. Поэтому они очень чувствительны к очень слабому свету.

Антинейтрино производятся в огромных количествах ядерными реакторами, но они имеют относительно низкую энергию, что затрудняет их обнаружение.

Введите СНО+. Погребенная под более чем 2 километрами (1,24 мили) скалы, это самая глубокая подземная лаборатория в мире. Эта каменная защита обеспечивает эффективный барьер против интерференции космических лучей, позволяя ученым получать сигналы исключительно высокого разрешения.

Сегодня 780-тонный сферический резервуар лаборатории заполнен линейным алкилбензолом, жидким сцинтиллятором, усиливающим свет. Еще в 2018 году, когда установка проходила калибровку, она была заполнена сверхчистой водой.

Проанализировав данные за 190 дней, собранные на этом этапе калибровки еще в 2018 году, коллаборация SNO+ обнаружила доказательства обратного бета-распад. Нейтрон, образующийся во время этого процесса, захватывается ядром водорода в воде, что, в свою очередь, создает мягкое свечение с очень специфическим уровнем энергии, 2,2 мегаэлектронвольта.

Водные черенковские детекторы обычно с трудом обнаруживают сигналы. ниже 3 мегаэлектронвольт; но заполненный водой SNO + смог обнаружить до 1,4 мегаэлектронвольта. Это дает эффективность около 50 процентов для обнаружения сигналов на уровне 2,2 мегаэлектронвольта, поэтому команда решила, что поиск признаков обратного бета-распада стоил их удачи.

Анализ сигнала-кандидата показал, что это вероятно. производится антинейтрино, с доверительной вероятностью 3 сигма — вероятность 99,7%.

Результат предполагает, что водные детекторы можно использовать для контроля за выработкой энергии ядерных реакторов.

Тем временем SNO+ используется для лучшего понимания нейтрино и антинейтрино. Поскольку нейтрино невозможно измерить напрямую, мы мало о них знаем. Один из самых больших вопросов заключается в том, являются ли нейтрино и антинейтрино одной и той же частицей. На этот вопрос ответит редкий, невиданный ранее распад. SNO+ в настоящее время ищет этот распад.

«Нас интригует, что чистая вода может использоваться для измерения антинейтрино из реакторов и на таких больших расстояниях», — говорит физик Логан Лебановски из коллаборации SNO+ и Калифорнийского университета. , Беркли.

«Мы приложили значительные усилия, чтобы извлечь несколько сигналов из данных за 190 дней. Результат порадовал».

Исследование опубликовано в журнале Physical. Письма с отзывами.