Bagliore spettrale di una centrale nucleare rilevata in acque incontaminate a 150 miglia di distanza: ScienceAlert

Sepolto sotto chilometri di roccia in Ontario, Canada, un serbatoio di acqua purissima luccicava mentre le sue particelle si scontravano appena.

È la prima volta che l’acqua viene utilizzata per rilevare una particella nota come antineutrino, originatasi da un reattore nucleare a più di 240 chilometri (150 miglia) di distanza. Questa svolta promette esperimenti sui neutrini e tecnologia osservativa che utilizza materiali poco costosi, facili da ottenere e sicuri.

Essendo alcune delle particelle più abbondanti nell’universo, i neutrini sono piccole cose esotiche con un grande potenziale per rivelare intuizioni più profonde nell’universo. Sfortunatamente, sono quasi privi di massa, non hanno carica e difficilmente interagiscono con altre particelle. Scorrono per lo più nello spazio e allo stesso modo nella roccia, come se tutta la materia fosse inconsistente. C’è un motivo per cui si chiamano particelle fantasma.

Gli antineutrini sono la controparte antiparticellare dei neutrini. Normalmente, un’antiparticella ha la carica opposta della particella equivalente; L’antiparticella di un elettrone caricato negativamente, ad esempio, è il positrone caricato positivamente. Poiché i neutrini non hanno carica, solo gli scienziati possono distinguere tra i due Basato sul fatto Un neutrino elettronico apparirà accanto a un positrone, mentre un antineutrino elettronico apparirà con un elettrone.

antineutrini elettronici emesso Durante il decadimento nucleare beta, un tipo di decadimento radioattivo in cui un neutrone decade in un protone, un elettrone e un antineutrino. Uno di questi elettroni antineutrini può interagire con un protone per produrre un positrone e un neutrone, una reazione nota come decadimento beta inverso.

Per rilevare questo particolare tipo di decadimento vengono utilizzati grandi serbatoi pieni di liquido rivestiti con tubi fotomoltiplicatori. È progettato per catturare il debole bagliore di Radiazione Cherenkov Creato da particelle cariche che si muovono più velocemente della luce che possono viaggiare attraverso un liquido, simile a un boom sonico causato dalla rottura della barriera del suono. Quindi sono molto sensibili alla luce molto scarsa.

Gli antineutrini sono prodotti in grandi quantità dai reattori nucleari, ma sono di potenza relativamente bassa, il che li rende difficili da rilevare.

Entra SN+. Sepolto sotto più di 2 chilometri (1,24 miglia) di roccia, è il laboratorio sotterraneo più profondo del mondo. Questa schermatura rocciosa fornisce un’efficace barriera 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 riempito con alchilbenzene lineare, un liquido lampeggiante che amplifica la luce. Nel 2018, mentre la struttura era in fase di calibrazione, è stata riempita con acqua altamente purificata.

Combinando 190 giorni di dati raccolti durante quella fase di calibrazione nel 2018, la collaborazione SNO+ ha trovato prove del decadimento beta inverso. Il neutrone prodotto durante questo processo viene catturato da un nucleo di idrogeno nell’acqua, che a sua volta produce una sottile fioritura di luce a un livello energetico molto specifico, 2,2 MeV.

I rilevatori d’acqua Cherenkov generalmente faticano 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 percento per il rilevamento di segnali a 2,2 MeV, quindi il team ha pensato che valesse la pena cercare segni di decadimento beta inverso.

Un’analisi di un segnale candidato ha determinato che era probabilmente causato da un antineutrino, con un livello di confidenza di 3 sigma, una probabilità del 99,7%.

Il risultato indica che i rilevatori di acqua possono essere utilizzati per monitorare la produzione di energia dei reattori nucleari.

Nel frattempo, SNO+ viene utilizzato per aiutare a comprendere meglio i neutrini e gli antineutrini. Perché i neutrini È impossibile misurare direttamenteNon sappiamo molto di loro. Una delle più grandi domande è se i neutrini e gli antineutrini siano esattamente le stesse particelle. Una dissoluzione rara e mai vista prima risponderebbe a questa domanda. SNO+ sta attualmente cercando questo decadimento.

“Sorprendentemente, l’acqua pura può essere utilizzata per misurare gli antineutrini dai reattori e su distanze così grandi”, dice il fisico Logan Lipanovsky collaborazione SNO+ e l’Università della California, Berkeley.

“Ci siamo impegnati molto per estrarre solo alcuni segnali dai 190 giorni di dati. Il risultato è soddisfacente”.

Ricerca pubblicata in Lettere di revisione fisica.