Призрачное свечение атомной электростанции обнаружено в чистейшей воде на расстоянии 150 миль: ScienceAlert

В 2018 году резервуар чистейшей воды, погребенный под километрами скал в Онтарио, Канада, вспыхнул, когда едва заметные частицы пробивались сквозь его молекулы.

Это был первый случай, когда вода использовалась для обнаружения частицы, известной как антинейтрино, которая возникла из ядерного реактора, находящегося на расстоянии более 240 километров (150 миль). Это потрясающий прорыв Нейтрино Эксперименты и наблюдательные технологии с использованием недорогих, безопасных и легкодоступных материалов.

Будучи одной из самых распространенных частиц во Вселенной, нейтрино Это странные мелочи, обладающие огромным потенциалом для более глубокого понимания Вселенной. К сожалению, они почти безмассовы, не несут заряда и практически не взаимодействуют с другими частицами. В основном они текут сквозь пространство и скалы, как если бы вся материя была нематериальной. Есть причина, по которой их называют частицами-призраками.

Антинейтрино являются частицами-аналогами антинейтрино. Обычно античастица имеет заряд, противоположный заряду эквивалентной частицы; Например, античастицей отрицательно заряженного электрона является положительно заряженный позитрон. Поскольку нейтрино не несут заряда, отличить их могут только учёные. Основано на правде Электронное нейтрино возникнет вместе с позитроном, а электронное нейтрино возникнет вместе с электроном.

Антиэлектронные нейтрино излучать Во время ядерного бета-распада, который представляет собой тип радиоактивного распада, при котором нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино. Электронное антинейтрино может затем взаимодействовать с протоном с образованием позитрона и нейтрона — реакция, известная как обратимый бета-распад.

Для обнаружения этого типа разложения используются большие резервуары, наполненные жидкостями и облицованные фотоумножительными трубками. Они предназначены для улавливания тусклого свечения Черенковское излучение Они создаются заряженными частицами, движущимися быстрее, чем свет может проходить через жидкость, подобно звуковому удару, вызванному преодолением звукового барьера. Поэтому они очень чувствительны к очень тусклому свету.

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

Он входит Снег +. Она погребена под скалой на глубине более 2 километров (1,24 мили) и является самой глубокой подземной лабораторией в мире. Эта каменная защита обеспечивает эффективный барьер против помех космических лучей, позволяя ученым получать сигналы исключительно высокого разрешения.

Сегодня сферический резервуар лаборатории весом 780 тонн заполнен линейным алкилбензолом, жидким сцинтиллятором, усиливающим свет. В 2018 году, пока установка проходила калибровку, ее залили сверхчистой водой.

Изучая данные, собранные за 190 дней на этапе калибровки в 2018 году, коллаборация SNO+ обнаружила доказательства обратного бета-распада. Нейтрон, образующийся в ходе этого процесса, захватывается ядром водорода в воде, которое, в свою очередь, производит мягкое свечение света на очень специфическом энергетическом уровне — 2,2 МэВ.

Черенковские водные детекторы обычно с трудом обнаруживают сигналы с энергией ниже 3 МэВ; Но заполненный водой SNO+ смог обнаружить энергию до 1,4 МэВ. Это приводит к эффективности около 50% для обнаружения сигналов с энергией 2,2 МэВ, поэтому команда посчитала, что поиск признаков обратного бета-распада будет стоить удачи.

Анализ сигнала-кандидата показал, что он, вероятно, был создан антинейтрино, с уровнем достоверности 3 сигмы – вероятность 99,7%.

Результат предполагает, что детекторы воды можно использовать для мониторинга производства энергии в ядерных реакторах.

Тем временем SNO+ используется для лучшего понимания нейтрино и антинейтрино. Потому что нейтрино существуют Непосредственно измерить это невозможно.мы Я мало о них знаю. Один из самых больших вопросов заключается в том, являются ли нейтрино и антинейтрино одной и той же частицей. На этот вопрос ответит редкий, никогда ранее не наблюдавшийся распад. SNO+ в настоящее время исследует этот распад.

«Интересно, что чистую воду можно использовать для измерения антинейтрино из реакторов и на таких больших расстояниях». сказал физик Логан Липановски От сотрудничества SNO+ и Калифорнийского университета в Беркли, март 2023 г.

«Мы приложили огромные усилия, чтобы извлечь небольшое количество сигналов из данных за 190 дней. Результат оказался удовлетворительным».

Исследование было опубликовано в Письма о физическом осмотре.

Версия этой статьи была впервые опубликована в апреле 2023 года.