A reaktor antineutrínóit tiszta vízben észlelték egy kísérletben

Először használnak tiszta vizet az atomreaktorok által termelt alacsony energiájú antineutrínók kimutatására. A munkát a nemzetközi végezte SNO+ együttműködés és biztonságos és megfizethető új módszerekhez vezethet az atomreaktorok távolról történő megfigyelésére.

A kanadai Sudburyben, egy aktív bánya közelében 2 km-re a föld alatt található SNO+ detektor a korábbi Sudbury Neutrino Observatory (SNO) utódja. 2015-ben az SNO igazgatója Art McDonald megosztotta a fizikai Nobel-díjat a kísérlet során a neutrínó oszcillációjának felfedezéséért – ami arra utal, hogy a neutrínóknak kicsi a tömege.

A neutrínókat nehéz észlelni, mert ritkán lépnek kölcsönhatásba az anyaggal. Ez az oka annak, hogy a neutrínódetektorok általában nagyon nagyok, és a föld alatt helyezkednek el – ahol alacsonyabb a háttérsugárzás.

Az SNO középpontjában egy nagy, ultratiszta nehézvízből álló gömb állt, amelyben a Nap energikus neutrínói időnként kölcsönhatásba léptek a vízzel. Ez észlelhető sugárzás felvillanását eredményezi.

Gondos mérések

Az SNO-t jelenleg SNO+-ra fejlesztik, és a folyamat részeként ideiglenesen ultratiszta normál vizet használtak kimutatási közegként. Ezt 2018-ban folyadékszcintillátorra cserélték, de nem azelőtt, hogy a csapat gondos mérések sorozatát végezhette volna. És ezek meglepő eredményt hoztak.

„Azt találtuk, hogy a detektorunk remekül működik, és lehetséges lenne távoli atomreaktorokból származó antineutrínók kimutatása tiszta víz felhasználásával” – magyarázza. Mark Chen. Ő az SNO+ igazgatója, székhelye a Queen's University, Kingston, Kanada. "A reaktorok antineutrínóit korábban nehézvízben folyékony szcintillátorokkal mutatták ki, de az első lenne, ha csak tiszta vizet használnának fel a detektálásukra, különösen távoli reaktorokból."

Nehéz volt kimutatni a reaktor antineutrínóit a tiszta vízben, mert a részecskék energiája kisebb, mint a szoláris neutrínóké. Ez azt jelenti, hogy az érzékelési jelek sokkal gyengébbek – és ezért könnyen elborítják őket a háttérzaj.

Alsó háttér

Az SNO+ fejlesztésének részeként az érzékelőt nitrogénfedeles gázrendszerrel szerelték fel, ami jelentősen csökkentette ezeket a háttérértékeket. Ez lehetővé tette az SNO+ együttműködésnek, hogy alternatív megközelítést fedezzen fel a reaktor antineutrínóinak kimutatására.

Az észlelési folyamat során egy neutrínó kölcsönhatásba lép egy protonnal, ami egy pozitron és egy neutron létrejöttét eredményezi. A pozitron azonnali jelet hoz létre, míg a neutront valamikor később elnyelheti egy hidrogénmag, hogy késleltetett jelet hozzon létre.

„Az SNO+ számára az észlelést a nagyon alacsony háttér és a kiváló fénygyűjtés tette lehetővé, ami lehetővé teszi az alacsony energiafelismerő küszöböt, jó hatásfokkal” – magyarázza Chen. „Ez utóbbi – az első két jellemző következménye – tette lehetővé a tiszta vízben kölcsönhatásba lépő antineutrínók megfigyelését.”

“Vagy tucatnyi esemény”

„Ennek eredményeként egy tucat olyan eseményt tudtunk azonosítani, amelyek a tiszta vízben lévő antineutrínók kölcsönhatásainak tulajdoníthatók” – mondja Chen. "Érdekes eredmény, mert az antineutrínókat előállító reaktorok több száz kilométerre voltak tőle." Az antineutrínó detektálás statisztikai szignifikanciája 3.5σ volt, ami a részecskefizikai felfedezés küszöbértéke alatt van (ami 5σ).

A reaktor antineutrínóit tiszta vízben észlelték egy kísérletben

Az eredmény hatással lehet az atomreaktorok megfigyelésére használt technikák fejlesztésére. A legújabb javaslatok azt sugallják, hogy az antineutrínó-érzékelési küszöbértékek csökkenthetők, ha tiszta vizet adalékolnak olyan elemekkel, mint a klór vagy a gadolínium – de most az SNO+ eredményei azt mutatják, hogy ezek a költséges, potenciálisan veszélyes anyagok nem feltétlenül szükségesek az azonos minőségű eredmények eléréséhez.

Bár az SNO+ már nem tudja elvégezni ezt a fajta mérést, a csapat reméli, hogy más csoportok hamarosan új módszereket dolgozhatnak ki az atomreaktorok megfigyelésére biztonságos, olcsó és könnyen elérhető anyagok felhasználásával olyan távolságokból, amelyek nem zavarják a reaktor működését.

A kutatás leírása a Fizikai áttekintés betűk.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/reactor-antineutrinos-detected-in-pure-water-in-an-experimental-first/