En 2018, un depósito del agua más pura, enterrado bajo kilómetros de roca en Ontario, Canadá, brilló cuando partículas apenas detectables atravesaron sus moléculas.
Era la primera vez que se utilizaba agua para detectar una partícula conocida como antineutrino, que se originó en un reactor nuclear a más de 240 kilómetros (150 millas) de distancia. Este es un avance sorprendente neutrino Experimentos y tecnología de observación que utilizan materiales económicos, seguros y de fácil obtención.
Como una de las partículas más abundantes del universo, Neutrinos Son pequeñas cosas extrañas con un gran potencial para revelar conocimientos más profundos sobre el universo. Desafortunadamente, casi no tienen masa, no tienen carga y apenas interactúan con otras partículas. En su mayoría fluyen a través del espacio y de las rocas, como si toda la materia fuera inmaterial. Hay una razón por la que se les conoce como partículas fantasma.
Los antineutrinos son la contraparte en partículas de los antineutrinos. Normalmente, una antipartícula tiene carga opuesta a su partícula equivalente; La antipartícula de un electrón con carga negativa, por ejemplo, es un positrón con carga positiva. Dado que los neutrinos no tienen carga, sólo los científicos pueden distinguir entre los dos. Basado en la verdad El neutrino electrónico surgirá junto con el positrón, mientras que el neutrino electrónico surgirá junto con el electrón.
antineutrinos electrónicos emitir Durante la desintegración beta nuclear, que es un tipo de desintegración radiactiva en la que un neutrón se desintegra en un protón, un electrón y un antineutrino. Luego, un antineutrino electrónico puede interactuar con un protón para producir un positrón y un neutrón, una reacción conocida como desintegración beta reversible.
Para detectar este tipo de descomposición se utilizan grandes tanques llenos de líquidos y revestidos con tubos fotomultiplicadores. Están diseñados para capturar el tenue brillo de Radiación Cherenkov Son creados por partículas cargadas que se mueven más rápido de lo que la luz puede viajar a través de un líquido, similar al estallido sónico causado al romper una barrera del sonido. Por eso son muy sensibles a la luz muy tenue.
Los antineutrinos se producen en grandes cantidades en los reactores nucleares, pero su energía es relativamente baja, lo que los hace difíciles de detectar.
el entra Nieve +. Está enterrado bajo más de 2 kilómetros (1,24 millas) de roca y es el laboratorio subterráneo más profundo del mundo. Este escudo de roca proporciona una barrera eficaz contra la interferencia de los rayos cósmicos, lo que permite a los científicos obtener señales excepcionalmente bien resueltas.
Hoy en día, el tanque esférico de 780 toneladas del laboratorio está lleno de alquilbenceno lineal, un centelleador líquido que amplifica la luz. En 2018, mientras la instalación estaba siendo calibrada, se llenó de agua ultrapura.
Al observar los datos recopilados durante 190 días durante la fase de calibración en 2018, la colaboración SNO+ encontró evidencia de desintegración beta inversa. El neutrón producido durante este proceso es capturado por el núcleo de hidrógeno en el agua, que a su vez produce un suave resplandor de luz a un nivel de energía muy específico, 2,2 MeV.
Los detectores de agua Cherenkov generalmente tienen dificultades para detectar señales por debajo de 3 MeV; Pero el SNO+ lleno de agua pudo detectar hasta 1,4 MeV. Esto da como resultado una eficiencia de aproximadamente el 50% para detectar señales a 2,2 MeV, por lo que el equipo pensó que valdría la pena buscar signos de desintegración beta inversa.
El análisis de la señal candidata determinó que probablemente fue producida por un antineutrino, con un nivel de confianza de 3 sigma (una probabilidad del 99,7%).
El resultado sugiere que los detectores de agua podrían usarse para monitorear la producción de energía en los reactores nucleares.
Mientras tanto, SNO+ se está utilizando para ayudar a comprender mejor los neutrinos y antineutrinos. Porque los neutrinos existen Es imposible medirlo directamente.nosotros no se mucho sobre ellos. Una de las preguntas más importantes es si los neutrinos y los antineutrinos son exactamente la misma partícula. Una descomposición rara y nunca antes vista responderá a esta pregunta. SNO+ está investigando actualmente esta descomposición.
“Es interesante que se pueda utilizar agua pura para medir antineutrinos en reactores y a distancias tan grandes”. dijo el físico Logan Lipanowski De la colaboración SNO+ y la Universidad de California, Berkeley, en marzo de 2023.
“Hicimos un gran esfuerzo para extraer una pequeña cantidad de señales de 190 días de datos y el resultado fue satisfactorio”.
La investigación fue publicada en Cartas de revisión física.
Una versión de este artículo se publicó por primera vez en abril de 2023.
