Kanados Ontarijo provincijoje po kilometrais uolienų palaidotas tyriausio vandens rezervuaras blykstelėjo, kai į jo molekules įsirėžė vos pastebima dalelė. Tai pirmas kartas, kai vanduo buvo panaudotas aptikti dalelei, vadinamai antineutrinu, kuri atsirado iš branduolinio reaktoriaus, esančio už daugiau nei 240 kilometrų. Kanados Ontarijo provincijoje po kilometrais uolienų palaidotas tyriausio vandens rezervuaras blykstelėjo, kai į jo molekules įsirėžė vos pastebima dalelė, rašo „Science Alert“.
SNO+ laboratorija / Snolab.ca nuotr.
Tai pirmas kartas, kai vanduo buvo panaudotas aptikti dalelei, vadinamai antineutrinu, kuri atsirado iš branduolinio reaktoriaus, esančio už daugiau nei 240 kilometrų. Šis neįtikėtinas proveržis žada neutrinų eksperimentus ir stebėsenos technologijas, kurioms naudojamos nebrangios, lengvai įsigyjamos ir saugios medžiagos.
Neutrinai yra vienos labiausiai paplitusių dalelių Visatoje, jos gali padėti atkapstyti gilesnes įžvalgas apie Visatą. Deja, neutrinai beveik neturi masės, neturi krūvio ir beveik nesąveikauja su kitomis dalelėmis. Jie dažniausiai sklinda tiek per erdvę, tiek per uolienas, tarsi visa materija būtų nekūniška. Ne veltui jos vadinamos vaiduokliškomis dalelėmis.
Antineutrinai yra neutrinų antidalelių atitikmuo. Paprastai antidalelė turi priešingą krūvį nei jos dalelės atitikmuo. Pavyzdžiui, neigiamai įkrauto elektrono antidalelė yra teigiamai įkrautas pozitronas. Kadangi neutrinai neturi krūvio, mokslininkai gali juos atskirti tik remdamiesi tuo, kad elektroninis neutrinas atsiras kartu su pozitronu, o elektroninis antineutrinas – kartu su elektronu.
Elektroniniai antineutrinai išsiskiria vykstant branduoliniam beta skilimui – radioaktyvaus skilimo tipui, kai neutronas skyla į protoną, elektroną ir antineutriną. Vienas iš šių elektronų antineutrinų gali sąveikauti su protonu ir sukurti pozitroną ir neutroną, o ši reakcija vadinama atvirkštiniu beta skilimu.
Šiai konkrečiai skilimo rūšiai aptikti naudojami dideli skysčio pripildyti rezervuarai, kuriuose įtaisyti fotomultiplikatorių vamzdeliai. Jie sukurti taip, kad fiksuotų silpną Čerenkovo spinduliuotės švytėjimą, kurį sukuria įkrautos dalelės, judančios greičiau nei šviesa per skystį, panašiai kaip garsinis smūgis, atsirandantis įveikus garso barjerą. Taigi jie labai jautrūs labai silpnai šviesai.
Antineutrinai branduoliniuose reaktoriuose gaminami dideliais kiekiais, tačiau jų energija palyginti nedidelė, todėl juos sunku aptikti.
„SNO+“ yra giliausia pasaulyje požeminė laboratorija, palaidota po daugiau nei 2 kilometrų uolienų sluoksniu. Ši uolienų apsauga yra veiksminga užtvara nuo kosminių spindulių trukdžių, todėl mokslininkai gali gauti itin gerai išskirtus signalus.
Šiandien laboratorijos 780 tonų sveriantis sferinis rezervuaras pripildytas linijinio alkilbenzeno – skysto scintiliatoriaus, kuris sustiprina šviesą. Dar 2018 metais, kol įrenginys buvo kalibruojamas, jis buvo pripildytas itin švaraus vandens.
2018-aisiais „SNO+“ kolektyvas, ištyręs 190 dienų duomenis, surinktus per kalibravimo etapą, nustatė atvirkštinio beta skilimo požymių. Šio proceso metu susidariusį neutroną pagauna vandenilio branduolys vandenyje, o šis savo ruožtu sukuria švelnų šviesos pliūpsnį labai specifiniame energijos lygmenyje – 2,2 megaelektronvolto.
Vandens Čerenkovo detektoriai paprastai sunkiai aptinka mažesnius nei 3 megaelektronvoltų signalus, tačiau vandens pripildytas SNO+ galėjo aptikti iki 1,4 megaelektronvolto. Tokiu būdu gaunamas maždaug 50 proc. efektyvumas aptikti 2,2 megaelektronvolto signalus, todėl komanda manė, kad verta išbandyti laimę ieškant atvirkštinio beta skilimo požymių.
Atlikus kandidato signalo analizę nustatyta, kad jį greičiausiai sukėlė antineutrinas, kurio patikimumo lygis yra 3 sigmos, t. y. 99,7 proc. tikimybė.
Rezultatai rodo, kad vandens detektoriai galėtų būti naudojami branduolinių reaktorių energijos gamybai stebėti.
Tuo tarpu „SNO+“ naudojamas siekiant padėti geriau suprasti neutrinus ir antineutrinus. Kadangi neutrinų neįmanoma tiesiogiai išmatuoti, apie juos žinome nedaug. Vienas didžiausių klausimų – ar neutrinai ir antineutrinai yra visiškai ta pati dalelė. Retas, dar niekada nematytas skilimas padėtų atsakyti į šį klausimą.
Tyrimas paskelbtas žurnale „Physical Review Letters“.
