150 mil uzaktaki bozulmamış sularda tespit edilen bir nükleer santralden hayaletimsi parıltı: ScienceAlert

Kanada, Ontario’da kilometrelerce kayanın altına gömülü, en saf su rezervuarı, parçacıklar zar zor çarpışırken parıldadı.

240 kilometreden (150 mil) uzaktaki bir nükleer reaktörden yayılan ve antinötrino olarak bilinen bir parçacığı saptamak için ilk kez su kullanıldı. Bu atılım, nötrino deneyleri ve ucuz, elde edilmesi kolay ve güvenli malzemeler kullanan gözlemsel teknoloji vaat ediyor.

Evrendeki en bol parçacıklardan bazıları olan nötrinolar, evrene dair daha derin içgörüler ortaya çıkarma potansiyeline sahip egzotik küçük şeylerdir. Ne yazık ki, neredeyse kütlesizdirler, yük taşımazlar ve diğer parçacıklarla neredeyse hiç etkileşime girmezler. Sanki tüm maddeler önemsizmiş gibi, genellikle kayaların yanı sıra uzayda da akarlar. Onlara hayalet parçacıklar denmesinin bir nedeni var.

Antinötrinolar, nötrinoların antipartikül karşılığıdır. Normal olarak, bir antiparçacık, parçacık eşdeğerinin zıt yüküne sahiptir; Örneğin, negatif yüklü bir elektronun antiparçacığı, pozitif yüklü pozitrondur. Nötrinolar bir yük taşımadığından, yalnızca bilim adamları, bir pozitronun yanında bir elektron nötrinosunun, bir elektronla birlikte bir elektron antinötrinosunun göründüğü gerçeğine dayanarak ikisini birbirinden ayırabilir.

yayılan elektron antinötrinoları Beta nükleer bozunma sırasında, bir nötronun bir protona, bir elektrona ve bir antinötrinoya bozunduğu bir tür radyoaktif bozunma. Bu elektron antinötrinolarından biri, ters beta bozunması olarak bilinen bir reaksiyon olan bir pozitron ve bir nötron üretmek için bir protonla etkileşime girebilir.

Bu özel bozunma türünü tespit etmek için fotoçoğaltıcı tüplere sahip büyük sıvı dolu tanklar kullanılır. Ses bariyerini kırmanın neden olduğu bir ses patlamasına benzer şekilde, bir sıvı içinden geçebilen ışıktan daha hızlı hareket eden yüklü parçacıkların yarattığı Cherenkov radyasyonunun zayıf parıltısını yakalamak için tasarlanmıştır. Bu yüzden çok düşük ışığa karşı çok hassastırlar.

Antinötrinolar, nükleer reaktörler tarafından büyük miktarlarda üretilir, ancak güçleri nispeten düşüktür ve bu da tespit edilmelerini zorlaştırır.

SNO+ olarak gelir. 2 kilometreden (1,24 mil) fazla kayanın altına gömülü olan bu, dünyanın en derin yeraltı laboratuvarıdır. Bu kayalık kalkan, kozmik ışın girişimine karşı etkili bir bariyer oluşturarak, bilim adamlarının son derece iyi çözülmüş sinyaller elde etmelerini sağlar.

Bugün, laboratuvarın 780 tonluk küresel tankı, gösterişli, ışığı güçlendiren bir sıvı olan lineer alkilbenzen ile doldurulmuştur. 2018 yılında tesis kalibre edildiğinde yüksek oranda arıtılmış su ile doldurulmuştur.

SNO+ iş birliği, 2018’deki bu kalibrasyon aşamasında toplanan 190 günlük verileri inceleyerek ters beta bozulmasına dair kanıt buldu. Bu işlem sırasında üretilen nötron, sudaki bir hidrojen çekirdeği tarafından yakalanır ve bu da çok özel bir enerji seviyesinde, 2,2 MeV’de ince bir ışık demeti üretir.

Çerenkov su dedektörleri genellikle 3 MeV’nin altındaki sinyalleri algılamakta zorlanır; Ancak suyla doldurulmuş SNO+, 1,4 MeV’ye kadar algılama yapabilir. Bu, 2,2 MeV’de sinyalleri algılamak için yaklaşık yüzde 50’lik bir verimlilikle sonuçlanır, bu nedenle ekip, ters beta bozulması belirtileri aramanın şanslarına değdiğini düşündü.

Bir aday sinyalin analizi, bunun muhtemelen bir antinötrinodan kaynaklandığını belirledi ve 3 sigma güven düzeyiyle — yüzde 99,7 olasılıkla.

Sonuç, nükleer reaktörlerden güç üretimini izlemek için su dedektörlerinin kullanılabileceğini göstermektedir.

Bu arada SNO+, nötrinoları ve antinötrinoları daha iyi anlamak için kullanılıyor. Nötrinoları doğrudan ölçmek mümkün olmadığı için onlar hakkında fazla bir şey bilmiyoruz. En büyük sorulardan biri, nötrinoların ve antinötrinoların tamamen aynı parçacıklar olup olmadığıdır. Nadir, daha önce hiç görülmemiş bir ayrışma bu soruyu cevaplayacaktır. SNO+ şu anda bu düşüşü araştırıyor.

Fizikçi Logan Lipanovsky SNO+ Collaboration ve California Üniversitesi, Berkeley, “Şaşırtıcı bir şekilde, reaktörlerden ve bu kadar uzun mesafelerden gelen antinötrinoları ölçmek için saf su kullanılabilir” diyor.

“190 günlük verilerden yalnızca birkaç sinyal çıkarmak için çok çaba harcadık. Sonuç tatmin edici.”

Araştırma yayınlandı Fiziksel değerlendirme mektupları.