Antineutrinos de reactor detectados en agua pura en un primer experimento

Por primera vez, se ha utilizado agua pura para detectar antineutrinos de baja energía producidos por reactores nucleares. El trabajo fue realizado por la internacional colaboración SNO+ y podría conducir a nuevas formas seguras y asequibles de monitorear los reactores nucleares a distancia.

Situado a 2 km bajo tierra cerca de una mina activa en Sudbury, Canadá, el detector SNO+ es el sucesor del anterior Observatorio de Neutrinos de Sudbury (SNO). En 2015, el director de SNO Arte McDonald compartió el Premio Nobel de Física por el descubrimiento del experimento de la oscilación de neutrinos, lo que sugiere que los neutrinos tienen masas diminutas.

Los neutrinos son difíciles de detectar porque rara vez interactúan con la materia. Esta es la razón por la que los detectores de neutrinos tienden a ser muy grandes y están ubicados bajo tierra, donde la radiación de fondo es menor.

En el corazón de SNO había una gran esfera de agua pesada ultrapura en la que los neutrinos energéticos del Sol interactuaban muy ocasionalmente con el agua. Esto produce un destello de radiación que se puede detectar.

Medidas cuidadosas

Actualmente, SNO se está actualizando a SNO+ y, como parte del proceso, se usó temporalmente agua normal ultrapura como medio de detección. Este fue reemplazado por un centelleador líquido en 2018, pero no antes de que el equipo pudiera realizar una serie de mediciones cuidadosas. Y estos arrojaron un resultado sorprendente.

"Descubrimos que nuestro detector funcionaba maravillosamente y que podría ser posible detectar antineutrinos de reactores nucleares distantes usando agua pura", explica marca chen. Es el director de SNO+ y trabaja en la Universidad de Queen en Kingston, Canadá. "Los antineutrinos de los reactores se han detectado utilizando centelleadores líquidos en agua pesada en el pasado, pero usar solo agua pura para detectarlos, especialmente de reactores distantes, sería la primera vez".

Había sido difícil detectar antineutrinos de reactor en agua pura porque las partículas tienen energías más bajas que los neutrinos solares. Esto significa que las señales de detección son mucho más débiles y, por lo tanto, son fácilmente superadas por el ruido de fondo.

fondo inferior

Como parte de las actualizaciones de SNO+, el detector se equipó con un sistema de gas de cobertura de nitrógeno, que redujo significativamente estas tasas de fondo. Esto permitió a la colaboración SNO+ explorar un enfoque alternativo para detectar antineutrinos en reactores.

El proceso de detección implica la interacción de un neutrino con un protón, lo que da como resultado la creación de un positrón y un neutrón. El positrón crea una señal inmediata, mientras que el neutrón puede ser absorbido algún tiempo después por un núcleo de hidrógeno para crear una señal retardada.

“Lo que permitió que SNO+ lograra esta detección son fondos muy bajos y una excelente captación de luz, lo que permite un umbral de detección de baja energía con buena eficiencia”, explica Chen. "Es este último, una consecuencia de las dos primeras características, lo que permitió la observación de los antineutrinos que interactúan en agua pura".

“Docena más o menos evento”

“Como resultado, pudimos identificar una docena de eventos que podrían atribuirse a interacciones de antineutrinos en agua pura”, dice Chen. “Es un resultado interesante porque los reactores que produjeron esos antineutrinos estaban a cientos de kilómetros de distancia”. La significación estadística de la detección de antineutrinos fue de 3.5σ, que está por debajo del umbral de un descubrimiento en física de partículas (que es 5σ).

Antineutrinos de reactor detectados en agua pura en un primer experimento

El resultado podría tener implicaciones para el desarrollo de técnicas utilizadas para monitorear reactores nucleares. Propuestas recientes han sugerido que los umbrales de detección de antineutrinos podrían reducirse dopando agua pura con elementos como cloro o gadolinio, pero ahora, los resultados de SNO+ muestran que estos materiales costosos y potencialmente peligrosos pueden no ser necesarios para lograr la misma calidad de resultados.

Aunque SNO+ ya no puede realizar este tipo de medición, el equipo espera que otros grupos pronto puedan desarrollar nuevas formas de monitorear los reactores nucleares utilizando materiales seguros, económicos y fácilmente alcanzables, a distancias que no interrumpan el funcionamiento del reactor.

La investigación se describe en Physical Review Letters.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/reactor-antineutrinos-detected-in-pure-water-in-an-experimental-first/