Реакторні антинейтрино вперше виявлені в чистій воді в експерименті

Вперше чиста вода була використана для виявлення низькоенергетичних антинейтрино, які утворюються ядерними реакторами. Робота виконана міжнар Співпраця SNO+ і може призвести до нових безпечних і доступних способів спостереження за ядерними реакторами на відстані.

Розташований за 2 км під землею біля діючої шахти в Садбері, Канада, детектор SNO+ є наступником попередньої Садберійської нейтринної обсерваторії (SNO). У 2015 році директор СНУ Арт Макдональд розділили Нобелівську премію з фізики за експериментальне відкриття коливань нейтрино, яке свідчить про те, що нейтрино мають крихітну масу.

Нейтрино важко виявити, оскільки вони рідко взаємодіють з матерією. Ось чому детектори нейтрино, як правило, дуже великі та розташовані під землею, де фонове випромінювання нижче.

У центрі SNO була велика сфера надчистої важкої води, в якій енергійні нейтрино від Сонця час від часу взаємодіяли з водою. Це створює спалах випромінювання, який можна виявити.

Ретельні вимірювання

Наразі SNO оновлюється як SNO+, і в рамках процесу надчисту звичайну воду тимчасово використовували як середовище для виявлення. У 2018 році його замінив рідкий сцинтилятор, але не раніше, ніж команда змогла провести серію ретельних вимірювань. І вони дали дивовижний результат.

«Ми виявили, що наш детектор працює чудово, і що, можливо, можна виявити антинейтрино з віддалених ядерних реакторів за допомогою чистої води», — пояснює. Марк Чен. Він є директором SNO+ і працює в Королівському університеті в Кінгстоні, Канада. «Реакторні антинейтрино були виявлені за допомогою рідких сцинтиляторів у важкій воді в минулому, але використання просто чистої води для їх виявлення, особливо з віддалених реакторів, було б першим».

Було важко виявити реакторні антинейтрино в чистій воді, оскільки частинки мають нижчу енергію, ніж сонячні нейтрино. Це означає, що сигнали виявлення набагато слабші – і тому вони легко перекриваються фоновим шумом.

Нижній фон

У рамках модернізації SNO+ детектор був оснащений системою азотного газу, що вкриває, що значно знизило ці фонові рівні. Це дозволило співпраці SNO+ вивчити альтернативний підхід до виявлення реакторних антинейтрино.

Процес детектування передбачає взаємодію нейтрино з протоном, у результаті чого утворюються позитрон і нейтрон. Позитрон створює миттєвий сигнал, тоді як нейтрон може бути поглинений ядром водню через деякий час для створення затриманого сигналу.

«Що дозволило SNO+ виконати це виявлення, так це дуже низький фон і чудовий збір світла, що забезпечує низький поріг виявлення енергії з високою ефективністю», — пояснює Чен. «Саме остання – наслідок перших двох особливостей – дозволила спостерігати взаємодію антинейтрино в чистій воді».

«Десятка подій»

«У результаті ми змогли ідентифікувати близько десятка подій, які можна було б віднести до взаємодії антинейтрино в чистій воді», — говорить Чень. «Це цікавий результат, тому що реактори, які виробляли ці антинейтрино, були за сотні кілометрів». Статистична значущість виявлення антинейтрино становила 3.5σ, що нижче порогу відкриття у фізиці елементарних частинок (який становить 5σ).

Реакторні антинейтрино вперше виявлені в чистій воді в експерименті

Результат може мати наслідки для розробки методів, що використовуються для моніторингу ядерних реакторів. Недавні пропозиції свідчать про те, що пороги виявлення антинейтрино можна знизити шляхом допування чистої води такими елементами, як хлор або гадоліній, але тепер результати SNO+ показують, що ці дорогі, потенційно небезпечні матеріали можуть не бути необхідними для досягнення такої ж якості результатів.

Хоча SNO+ більше не може проводити цей тип вимірювань, команда сподівається, що незабаром інші групи зможуть розробити нові способи моніторингу ядерних реакторів з використанням безпечних, недорогих і легкодоступних матеріалів на відстанях, які не порушують роботу реактора.

Дослідження описано в Physical Review Letters,.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/reactor-antineutrinos-detected-in-pure-water-in-an-experimental-first/