Spookachtige gloed van een kerncentrale gedetecteerd in ongerepte wateren op 240 kilometer afstand: ScienceAlert

Begraven onder kilometers rots in Ontario, Canada, glinsterde een reservoir met het zuiverste water terwijl de deeltjes nauwelijks met elkaar in botsing kwamen.

Het is de eerste keer dat water is gebruikt om een ​​deeltje te detecteren dat bekend staat als een antineutrino, afkomstig uit een kernreactor op meer dan 240 kilometer (150 mijl) afstand. Deze doorbraak belooft neutrino-experimenten en observatietechnologie die materialen gebruikt die goedkoop, gemakkelijk te verkrijgen en veilig zijn.

Als enkele van de meest voorkomende deeltjes in het universum zijn neutrino’s exotische kleine dingen met veel potentieel om diepere inzichten in het universum te onthullen. Helaas zijn ze bijna massaloos, dragen ze geen lading en hebben ze nauwelijks interactie met andere deeltjes. Ze stromen meestal zowel door de ruimte als door rotsen, alsof alle materie niet substantieel is. Er is een reden waarom ze spookdeeltjes worden genoemd.

Antineutrino’s zijn de antideeltjes-tegenhanger van neutrino’s. Normaal gesproken heeft een antideeltje de tegenovergestelde lading van het deeltjesequivalent; Het antideeltje van een negatief geladen elektron is bijvoorbeeld het positief geladen positron. Omdat neutrino’s geen lading dragen, kunnen alleen wetenschappers onderscheid maken tussen de twee Gebaseerd op het feit Een elektron-neutrino verschijnt naast een positron, terwijl een elektron-antineutrino verschijnt met een elektron.

elektronen antineutrino’s uitgezonden Tijdens bèta-nucleair verval, een type radioactief verval waarbij een neutron vervalt in een proton, een elektron en een antineutrino. Een van deze antineutrino’s van elektronen kan interageren met een proton om een ​​positron en een neutron te produceren, een reactie die bekend staat als omgekeerd bèta-verval.

Grote met vloeistof gevulde tanks met fotovermenigvuldigingsbuizen worden gebruikt om dit specifieke type verval te detecteren. Het is ontworpen om de vage gloed van te vangen Cherenkov-straling Gecreëerd door geladen deeltjes die sneller bewegen dan licht dat door een vloeistof kan reizen, vergelijkbaar met een sonische knal die wordt veroorzaakt door het doorbreken van de geluidsbarrière. Ze zijn dus erg gevoelig voor zeer weinig licht.

Antineutrino’s worden in grote hoeveelheden geproduceerd door kernreactoren, maar ze hebben een relatief laag vermogen, waardoor ze moeilijk te detecteren zijn.

komt binnen SNO+. Begraven onder meer dan 2 kilometer (1,24 mijl) rots, is het ’s werelds diepste ondergrondse laboratorium. Deze rotsachtige afscherming vormt een effectieve barrière tegen kosmische stralingsinterferentie, waardoor wetenschappers uitzonderlijk goed opgeloste signalen kunnen verkrijgen.

Tegenwoordig is de bolvormige tank van 780 ton van het lab gevuld met lineair alkylbenzeen, een flitsende, lichtversterkende vloeistof. In 2018, toen de faciliteit werd gekalibreerd, werd deze gevuld met zeer gezuiverd water.

Door 190 dagen aan gegevens te doorzoeken die tijdens die kalibratiefase in 2018 waren verzameld, vond de SNO+-samenwerking bewijs van omgekeerd bèta-verval. Het neutron dat tijdens dit proces wordt geproduceerd, wordt opgevangen door een waterstofkern in het water, die op zijn beurt een subtiele lichtbundel produceert met een zeer specifiek energieniveau, 2,2 MeV.

Cherenkov-waterdetectoren hebben over het algemeen moeite om signalen onder 3 MeV te detecteren; Maar SNO+ gevuld met water kon tot 1,4 MeV detecteren. Dit resulteert in een efficiëntie van ongeveer 50 procent voor het detecteren van signalen bij 2,2 MeV, dus het team dacht dat het hun geluk waard was om te zoeken naar tekenen van omgekeerd bèta-verval.

Een analyse van een kandidaatsignaal stelde vast dat het waarschijnlijk werd veroorzaakt door een antineutrino, met een betrouwbaarheidsniveau van 3 sigma – een waarschijnlijkheid van 99,7 procent.

Het resultaat geeft aan dat waterdetectoren kunnen worden gebruikt om de energieproductie van kernreactoren te monitoren.

Ondertussen wordt SNO+ gebruikt om neutrino’s en antineutrino’s beter te begrijpen. Omdat neutrino’s Direct meten is niet mogelijkWe weten niet veel over hen. Een van de grootste vragen is of neutrino’s en antineutrino’s exact dezelfde deeltjes zijn. Een zeldzame, nooit eerder geziene ontbinding zou die vraag beantwoorden. SNO+ is momenteel op zoek naar dit verval.

“Verrassend genoeg kan zuiver water worden gebruikt om antineutrino’s uit reactoren en over zulke grote afstanden te meten,” zegt natuurkundige Logan Lipanovsky SNO+ samenwerking en de University of California, Berkeley.

“We hebben veel moeite gedaan om slechts enkele signalen uit de 190 dagen aan gegevens te halen. Het resultaat is bevredigend.”

Onderzoek gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven.