Вторник, 27 февраля, 2024
ДомойФизикаОткрытие невидимых частиц: физики используют воду для обнаружения нейтрино

Открытие невидимых частиц: физики используют воду для обнаружения нейтрино

- Advertisement -

Детектор SNO+ на глубине 2 км в шахте в Онтарио, Канада. На изображении показаны веревки, которые держат акриловый сосуд диаметром 12 м, наполненный 1000 тонн воды, и датчики света, которые обнаруживают крошечное количество света от взаимодействия нейтрино. Предоставлено: Изображение предоставлено коллаборацией SNO+.

Эксперимент SNO+ впервые продемонстрировал возможность регистрации нейтрино, испускаемых ядерным реактором, расположенным на расстоянии более 240 км, с использованием простой воды.

Наука

Нейтрино — это субатомные частицы, которые очень слабо взаимодействуют с материей. Они возникают в результате различных типов радиоактивного распада, например, в ядре Солнца и в ядерных реакторах. Кроме того, невозможно заблокировать нейтрино; они могут легко добраться от ядра ядерного реактора до удаленного детектора и даже проникнуть в саму Землю.

Следовательно, для улавливания мизерных сигналов от нейтрино требуются устройства огромных размеров и высокой чувствительности. Эксперимент SNO+ недавно продемонстрировал, что детектор, заполненный только водой, способен обнаруживать реакторные нейтрино, несмотря на то, что нейтрино создают в детекторе лишь слабые сигналы.

Влияние

Измерение SNO+ показывает, что отдаленные ядерные реакторы можно наблюдать и контролировать с помощью чего-то такого же простого и недорогого, как вода. Реакторы не могут экранировать нейтрино, которые они производят. Это означает, что измерения SNO+ являются доказательством того, что такие детекторы воды могут играть роль в обеспечении ядерного нераспространения.

Как и SNO+, такие детекторы все равно должны быть очень чистыми от любой радиоактивности, большими (SNO+ содержит 1000 тонн воды) и способными обнаруживать крошечное количество света, испускаемого нейтрино. Однако использование воды означает, что возможны очень большие детекторы и реальная возможность «увидеть» даже очень удаленные реакторы.

Краткое содержание

Долгое время ученые считали, что крошечные сигналы (всего 10-20 фотонов), создаваемые реакторными нейтрино в водном детекторе, сделают невозможным обнаружение этих нейтрино, особенно когда детектор находится далеко от реактора и скорость этих сигналов очень мала.

Убедившись, что детектор не содержит даже следовых количеств радиоактивности, и имея энергетический порог ниже, чем у любого из когда-либо построенных детекторов воды, SNO+ смогла увидеть эти сигналы и показать, что они исходят от ядерных реакторов, находящихся на расстоянии не менее 240 километров (150 миль). Измерение все еще было довольно сложным, поскольку необходимо было идентифицировать и удалить фоны (ложные события) от остаточной радиоактивности и от нейтрино, созданных в атмосфере космическими лучами.

Детекторы воды имеют ряд преимуществ. Они недороги и могут быть очень большими, что делает их полезными для мониторинга реакторов за пределами международных границ. Улучшения такого мониторинга, включая использование жидких сцинтилляторов на водной основе или «загрузку» воды гадолинием, оба из которых увеличат размер сигнала, тестируются другими коллаборациями.

Ссылка: «Доказательства антинейтрино из удаленных реакторов с использованием чистой воды в SNO +» А. Аллега и др. (Сотрудничество SNO+), 1 марта 2023 г., Письма о физическом обзоре.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.091801

Эта работа выполнена SNO+ Collaboration, международным сотрудничеством примерно 100 ученых из Соединенных Штатов (Пенсильванский университет, Калифорнийский университет в Беркли и Национальная лаборатория Лоуренса Беркли, Калифорнийский университет в Дэвисе, Брукхейвенская национальная лаборатория, Бостонский университет и Чикагский университет), Канада, Великобритания, Португалия, Германия, Китай и Мексика. SNO+ находится в канадской подземной лаборатории SNOLAB.

SNO + финансируется Управлением науки Министерства энергетики, Управлением ядерной физики и получает финансирование от Национального научного фонда и Национального управления ядерной безопасности Министерства энергетики в рамках программы ядерной науки и безопасности. Финансирование в Канаде поступает от Канадского фонда инноваций, Совета по естественным наукам и инженерным исследованиям, Канадского института перспективных исследований, Квинсского университета, Министерства исследований, инноваций и науки Онтарио, Программы инвестиций в науку и исследования провинции Альберта, Федеральной инициативы экономического развития Северного Онтарио и премии Онтарио для первых исследователей. В Соединенном Королевстве финансирование поступило от Совета по научно-техническим средствам, Седьмой рамочной программы Европейского Союза в соответствии с соглашением о гранте Европейского исследовательского совета и соглашением о гранте Марии Кюри. Финансирование также поступило от Fundaçáo para a Ciência ea Tecnologia (FCT-Португалия), Deutsche Forschungsgemeinschaf в Германии, DGAPA-UNAM и Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología в Мексике, а также Фонда дисциплинарного строительства Шаньдунского университета в Китае.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме