Antineutrini del reattore rilevati in acqua pura in un primo esperimento

Per la prima volta è stata utilizzata acqua pura per rilevare antineutrini a bassa energia prodotti dai reattori nucleari. Il lavoro è stato svolto dall'internazionale Collaborazione SNO+ e potrebbe portare a nuovi modi sicuri e convenienti per monitorare i reattori nucleari a distanza.

Situato a 2 km sottoterra vicino a una miniera attiva a Sudbury, in Canada, il rivelatore SNO+ è il successore del precedente Sudbury Neutrino Observatory (SNO). Nel 2015, direttore di SNO Arte McDonald ha condiviso il premio Nobel per la fisica per la scoperta dell'esperimento dell'oscillazione dei neutrini, il che suggerisce che i neutrini hanno masse minuscole.

I neutrini sono difficili da rilevare perché raramente interagiscono con la materia. Questo è il motivo per cui i rilevatori di neutrini tendono ad essere molto grandi e si trovano sottoterra, dove la radiazione di fondo è inferiore.

Al centro di SNO c'era una grande sfera di acqua pesante ultrapura in cui i neutrini energetici del Sole interagivano molto occasionalmente con l'acqua. Questo produce un lampo di radiazione che può essere rilevato.

Misure accurate

SNO è attualmente in fase di aggiornamento come SNO+ e, come parte del processo, è stata temporaneamente utilizzata acqua normale ultrapura come mezzo di rilevamento. Questo è stato sostituito da uno scintillatore liquido nel 2018, ma non prima che il team fosse in grado di effettuare una serie di accurate misurazioni. E questi hanno prodotto un risultato sorprendente.

«Abbiamo scoperto che il nostro rivelatore funzionava magnificamente e che sarebbe stato possibile rilevare antineutrini da reattori nucleari distanti utilizzando acqua pura», spiega Marco Chen. È il direttore di SNO+ e lavora presso la Queen's University di Kingston, in Canada. "Gli antineutrini dei reattori sono stati rilevati utilizzando scintillatori liquidi in acqua pesante in passato, ma utilizzando solo acqua pura per rilevarli, specialmente da reattori distanti, sarebbe la prima volta."

Era stato difficile rilevare gli antineutrini del reattore nell'acqua pura perché le particelle hanno energie inferiori rispetto ai neutrini solari. Ciò significa che i segnali di rilevamento sono molto più deboli e quindi vengono facilmente sopraffatti dal rumore di fondo.

Fondo inferiore

Come parte degli aggiornamenti di SNO+, il rilevatore è stato dotato di un sistema di gas di copertura dell'azoto, che ha ridotto significativamente questi tassi di fondo. Ciò ha consentito alla collaborazione SNO+ di esplorare un approccio alternativo alla rilevazione degli antineutrini del reattore.

Il processo di rilevamento coinvolge un neutrino che interagisce con un protone, determinando la creazione di un positrone e di un neutrone. Il positrone crea un segnale immediato mentre il neutrone può essere assorbito qualche tempo dopo da un nucleo di idrogeno per creare un segnale ritardato.

«Ciò che ha consentito a SNO+ di eseguire questo rilevamento sono stati gli sfondi molto bassi e l'eccellente raccolta della luce, che consentono una soglia di rilevamento a bassa energia con una buona efficienza», spiega Chen. "È quest'ultima - una conseguenza delle prime due caratteristiche - che ha permesso l'osservazione degli antineutrini che interagiscono nell'acqua pura".

“Una dozzina di eventi”

"Di conseguenza, siamo stati in grado di identificare una dozzina di eventi che potrebbero essere attribuiti alle interazioni degli antineutrini nell'acqua pura", afferma Chen. "È un risultato interessante perché i reattori che hanno prodotto quegli antineutrini erano a centinaia di chilometri di distanza". La significatività statistica del rilevamento dell'antineutrino era 3.5σ, che è al di sotto della soglia di una scoperta nella fisica delle particelle (che è 5σ).

Antineutrini del reattore rilevati in acqua pura in un primo esperimento

Il risultato potrebbe avere implicazioni per lo sviluppo di tecniche utilizzate per monitorare i reattori nucleari. Proposte recenti hanno suggerito che le soglie di rilevamento degli antineutrini potrebbero essere abbassate drogando l'acqua pura con elementi come il cloro o il gadolinio, ma ora i risultati di SNO+ mostrano che questi materiali costosi e potenzialmente pericolosi potrebbero non essere necessari per ottenere la stessa qualità dei risultati.

Sebbene SNO+ non possa più effettuare questo tipo di misurazione, il team spera che altri gruppi possano presto sviluppare nuovi modi per monitorare i reattori nucleari utilizzando materiali sicuri, economici e facilmente raggiungibili, a distanze che non interrompano il funzionamento del reattore.

La ricerca è descritta in Physical Review Letters.

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