Nel 2018, un serbatoio di acqua purissima, sepolto sotto chilometri di roccia in Ontario, in Canada, ha lampeggiato mentre particelle appena rilevabili si sono schiantate attraverso le sue molecole.
Era la prima volta che l’acqua veniva utilizzata per rilevare una particella nota come antineutrino, originata da un reattore nucleare a più di 240 chilometri (150 miglia) di distanza. Questa è una svolta straordinaria Neutrino Esperimenti e tecnologia di osservazione che utilizzano materiali poco costosi, sicuri e facilmente reperibili.
Essendo una delle particelle più abbondanti nell’universo, Neutrini Sono piccole cose strane con un grande potenziale per rivelare intuizioni più profonde nell’universo. Sfortunatamente, sono quasi privi di massa, non trasportano carica e interagiscono a malapena con altre particelle. Per lo più scorrono attraverso lo spazio e le rocce, come se tutta la materia fosse immateriale. C’è una ragione per cui sono conosciute come particelle fantasma.
Gli antineutrini sono la controparte particellare degli antineutrini. Normalmente un’antiparticella ha carica opposta alla sua particella equivalente; L’antiparticella di un elettrone carico negativamente, ad esempio, è un positrone carico positivamente. Poiché i neutrini non hanno carica, solo gli scienziati possono distinguerli Basato sulla verità Il neutrino elettronico verrà all’esistenza insieme al positrone, mentre il neutrino elettronico verrà all’esistenza insieme all’elettrone.
Antineutrini elettronici emettere Durante il decadimento beta nucleare, che è un tipo di decadimento radioattivo in cui un neutrone decade in un protone, un elettrone e un antineutrino. Un antineutrino elettronico può quindi interagire con un protone per produrre un positrone e un neutrone, una reazione nota come decadimento beta reversibile.
Per rilevare questo tipo di decomposizione vengono utilizzati grandi serbatoi riempiti di liquidi e rivestiti con tubi fotomoltiplicatori. Sono progettati per catturare il fioco bagliore di Radiazione Cherenkov Sono creati da particelle cariche che si muovono più velocemente di quanto la luce possa viaggiare attraverso un liquido, simile al boom sonico causato dalla rottura della barriera del suono. Quindi sono molto sensibili alla luce molto fioca.
Gli antineutrini sono prodotti in grandi quantità dai reattori nucleari, ma hanno un’energia relativamente bassa, il che li rende difficili da rilevare.
Entra Neve+. È sepolto sotto più di 2 chilometri (1,24 miglia) di roccia ed è il laboratorio sotterraneo più profondo del mondo. Questa schermatura delle rocce fornisce una barriera efficace contro le interferenze dei raggi cosmici, consentendo agli scienziati di ottenere segnali eccezionalmente ben risolti.
Oggi, il serbatoio sferico da 780 tonnellate del laboratorio è pieno di alchilbenzene lineare, uno scintillatore liquido che amplifica la luce. Nel 2018, mentre la struttura era in fase di calibrazione, è stata riempita con acqua ultrapura.
Osservando i dati raccolti in 190 giorni durante la fase di calibrazione nel 2018, la collaborazione SNO+ ha trovato prove di decadimento beta inverso. Il neutrone prodotto durante questo processo viene catturato dal nucleo di idrogeno nell’acqua, che a sua volta produce un tenue bagliore di luce a un livello energetico molto specifico, 2,2 MeV.
I rilevatori d’acqua Cherenkov generalmente hanno difficoltà a rilevare segnali inferiori a 3 MeV; Ma SNO+ riempito d’acqua è stato in grado di rilevare fino a 1,4 MeV. Ciò si traduce in un’efficienza di circa il 50% per la rilevazione di segnali a 2,2 MeV, quindi il team ha pensato che varrebbe la pena cercare segni di decadimento beta inverso.
L’analisi del segnale candidato ha determinato che probabilmente era prodotto da un antineutrino, con un livello di confidenza di 3 sigma – una probabilità del 99,7%.
Il risultato suggerisce che i rilevatori d’acqua potrebbero essere utilizzati per monitorare la produzione di energia nei reattori nucleari.
Nel frattempo, SNO+ viene utilizzato per aiutare a comprendere meglio i neutrini e gli antineutrini. Perché i neutrini esistono È impossibile misurarlo direttamenteNoi Non ne so molto di loro. Una delle domande più grandi è se neutrini e antineutrini siano esattamente la stessa particella. Un decadimento raro e mai visto prima risponderà a questa domanda. SNO+ sta attualmente studiando questo decadimento.
“È interessante che l’acqua pura possa essere utilizzata per misurare gli antineutrini provenienti dai reattori e a distanze così grandi.” ha detto il fisico Logan Lipanowski Dalla collaborazione SNO+ e l’Università della California, Berkeley, nel marzo 2023.
“Abbiamo fatto un grande sforzo per estrarre un piccolo numero di segnali da 190 giorni di dati. Il risultato è stato soddisfacente”.
La ricerca è stata pubblicata in Lettere di revisione fisica.
Una versione di questo articolo è stata pubblicata per la prima volta nell’aprile 2023.
“Giocatore. Aspirante evangelista della birra. Professionista della cultura pop. Amante dei viaggi. Sostenitore dei social media.”
