Antineutrinos de reatores detectados em água pura em um primeiro experimento

Pela primeira vez, água pura foi usada para detectar antineutrinos de baixa energia produzidos por reatores nucleares. O trabalho foi feito pelo internacional Colaboração SNO+ e poderia levar a novas maneiras seguras e acessíveis de monitorar reatores nucleares à distância.

Situado a 2 km de profundidade perto de uma mina ativa em Sudbury, no Canadá, o detector SNO+ é o sucessor do anterior Sudbury Neutrino Observatory (SNO). Em 2015, o diretor da SNO Arte McDonald compartilhou o Prêmio Nobel de Física pela descoberta do experimento da oscilação de neutrinos – o que sugere que os neutrinos têm massas minúsculas.

Os neutrinos são difíceis de detectar porque raramente interagem com a matéria. É por isso que os detectores de neutrinos tendem a ser muito grandes e estão localizados no subsolo – onde a radiação de fundo é menor.

No coração do SNO havia uma grande esfera de água pesada ultrapura na qual os neutrinos energéticos do Sol interagiam muito ocasionalmente com a água. Isso produz um flash de radiação que pode ser detectado.

medições cuidadosas

O SNO está atualmente sendo atualizado como SNO+ e, como parte do processo, a água normal ultrapura foi temporariamente usada como meio de detecção. Ele foi substituído por um cintilador líquido em 2018, mas não antes que a equipe pudesse fazer uma série de medições cuidadosas. E estes geraram um resultado surpreendente.

“Descobrimos que nosso detector estava funcionando perfeitamente e que pode ser possível detectar antineutrinos de reatores nucleares distantes usando água pura”, explica Marcos Chen. Ele é o diretor do SNO+ e trabalha na Queen's University em Kingston, Canadá. “Antineutrinos de reatores foram detectados usando cintiladores líquidos em água pesada no passado, mas usar apenas água pura para detectá-los, especialmente de reatores distantes, seria o primeiro.”

Foi difícil detectar antineutrinos de reatores em água pura porque as partículas têm energias mais baixas que os neutrinos solares. Isso significa que os sinais de detecção são muito mais fracos e, portanto, são facilmente sobrecarregados pelo ruído de fundo.

Plano de fundo inferior

Como parte das atualizações do SNO+, o detector foi equipado com um sistema de gás de cobertura de nitrogênio, que reduziu significativamente essas taxas de fundo. Isso permitiu que a colaboração SNO+ explorasse uma abordagem alternativa para detectar antineutrinos de reatores.

O processo de detecção envolve um neutrino interagindo com um próton, resultando na criação de um pósitron e um nêutron. O pósitron cria um sinal imediato, enquanto o nêutron pode ser absorvido algum tempo depois por um núcleo de hidrogênio para criar um sinal atrasado.

“O que permitiu ao SNO+ realizar essa detecção foram fundos muito baixos e excelente coleta de luz, permitindo um limiar de detecção de baixa energia com boa eficiência”, explica Chen. “É o último – uma consequência dos dois primeiros – que permitiu a observação de antineutrinos interagindo em água pura.”

“Uma dúzia de eventos”

“Como resultado, fomos capazes de identificar cerca de uma dúzia de eventos que podem ser atribuídos a interações de antineutrinos em água pura”, diz Chen. “É um resultado interessante porque os reatores que produziram esses antineutrinos estavam a centenas de quilômetros de distância.” A significância estatística da detecção do antineutrino foi de 3.5σ, que está abaixo do limite de uma descoberta em física de partículas (que é 5σ).

Antineutrinos de reatores detectados em água pura em um primeiro experimento

O resultado pode ter implicações para o desenvolvimento de técnicas usadas para monitorar reatores nucleares. Propostas recentes sugeriram que os limiares de detecção de antineutrinos poderiam ser reduzidos dopando água pura com elementos como cloro ou gadolínio – mas agora, os resultados do SNO+ mostram que esses materiais caros e potencialmente perigosos podem não ser necessários para obter a mesma qualidade de resultados.

Embora o SNO+ não possa mais fazer esse tipo de medição, a equipe espera que outros grupos possam em breve desenvolver novas maneiras de monitorar reatores nucleares usando materiais seguros, baratos e de fácil acesso, a distâncias que não interrompam a operação do reator.

A pesquisa é descrita em Physical Review Letters.

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