Реакторные антинейтрино впервые обнаружены в чистой воде

Впервые чистая вода использовалась для обнаружения низкоэнергетических антинейтрино, производимых ядерными реакторами. Работу выполнил международный Сотрудничество СНО+ и может привести к безопасным и доступным новым способам наблюдения за ядерными реакторами на расстоянии.

Детектор SNO+, расположенный на глубине 2 км под землей рядом с действующим рудником в Садбери, Канада, является преемником более ранней нейтринной обсерватории Садбери (SNO). В 2015 году директор СНО Арт Макдональд разделил Нобелевскую премию по физике за открытие в ходе эксперимента осцилляций нейтрино, что предполагает, что нейтрино имеют крошечные массы.

Нейтрино трудно обнаружить, потому что они редко взаимодействуют с материей. Вот почему детекторы нейтрино, как правило, очень большие и располагаются под землей, где фоновое излучение ниже.

В основе SNO находилась большая сфера сверхчистой тяжелой воды, в которой энергичные нейтрино от Солнца очень редко взаимодействовали с водой. Это вызывает вспышку излучения, которую можно обнаружить.

Тщательные измерения

SNO в настоящее время модернизируется до SNO+, и в рамках этого процесса в качестве среды обнаружения временно использовалась сверхчистая обычная вода. Он был заменен жидким сцинтиллятором в 2018 году, но не раньше, чем команда смогла провести серию тщательных измерений. И это привело к удивительному результату.

«Мы обнаружили, что наш детектор работает прекрасно, и что можно обнаружить антинейтрино от удаленных ядерных реакторов, используя чистую воду», — объясняет Марк Чен. Он является директором SNO+ и работает в Королевском университете в Кингстоне, Канада. «Реакторные антинейтрино были обнаружены с помощью жидких сцинтилляторов в тяжелой воде в прошлом, но использование только чистой воды для их обнаружения, особенно из удаленных реакторов, было бы первым».

Было трудно обнаружить реакторные антинейтрино в чистой воде, потому что частицы имеют более низкую энергию, чем солнечные нейтрино. Это означает, что сигналы обнаружения намного слабее и поэтому легко перекрываются фоновым шумом.

Нижний фон

В рамках модернизации SNO+ детектор был оснащен системой защитного азотного газа, что значительно снизило эти уровни фона. Это позволило коллаборации SNO+ изучить альтернативный подход к обнаружению реакторных антинейтрино.

Процесс обнаружения включает взаимодействие нейтрино с протоном, что приводит к созданию позитрона и нейтрона. Позитрон создает немедленный сигнал, тогда как нейтрон может быть поглощен ядром водорода некоторое время спустя, создавая задержанный сигнал.

«Что позволило SNO+ выполнить это обнаружение, так это очень низкий фон и отличный сбор света, что обеспечивает низкий порог обнаружения энергии с хорошей эффективностью», — объясняет Чен. «Именно последнее — следствие первых двух особенностей — позволило наблюдать антинейтрино, взаимодействующие в чистой воде».

“Дюжина или около того события”

«В результате мы смогли идентифицировать около дюжины событий, которые можно отнести к взаимодействиям антинейтрино в чистой воде», — говорит Чен. «Это интересный результат, потому что реакторы, производившие эти антинейтрино, находились за сотни километров». Статистическая значимость обнаружения антинейтрино составила 3.5σ, что ниже порога открытия в физике элементарных частиц (который равен 5σ).

Реакторные антинейтрино впервые обнаружены в чистой воде

Результат может иметь значение для разработки методов, используемых для мониторинга ядерных реакторов. Недавние предложения предполагали, что пороги обнаружения антинейтрино могут быть снижены путем легирования чистой воды такими элементами, как хлор или гадолиний, но теперь результаты SNO+ показывают, что эти дорогостоящие, потенциально опасные материалы могут не понадобиться для достижения того же качества результатов.

Хотя SNO+ больше не может проводить такого рода измерения, команда надеется, что другие группы вскоре смогут разработать новые способы наблюдения за ядерными реакторами с использованием безопасных, недорогих и легкодоступных материалов на расстояниях, не нарушающих работу реактора.

Исследование описано в Physical Review Letters,.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/reactor-antineutrinos-detected-in-pure-water-in-an-experimental-first/