Учёные впервые использовали обычную воду для обнаружения антинейтрино от удалённого источника.
Это стало новым, более дешёвым и безопасным путём для мониторинга атомных электростанций. Антинейтрино — это практически невесомые и незаряженные частицы, которые проходят сквозь скалы и пространство, как будто материя для них не существует.
Физики объясняют, что антинейтрино испускаются в больших количествах при ядерном бета-распаде, когда нейтрон превращается в протон, электрон и антинейтрино. Чтобы зафиксировать присутствие антинейтрино, учёные используют реакцию обратного бета-распада, при которой антинейтрино взаимодействует с протоном, рождая позитрон и нейтрон.
Затем этот нейтрон захватывается ядром водорода в воде, создавая мягкое свечение строго определённой энергии.
Огромные резервуары, усеянные сверхчувствительными фотоумножителями, улавливают это свечение.
Однако проблема в том, что антинейтрино от реакторов обладают сравнительно низкой энергией, и традиционные водяные детекторы обычно не реагируют на сигналы ниже трёх мегаэлектронвольт.
Для решения этой проблемы была создана лаборатория на глубине более двух километров в шахте в Канаде.
Толща породы служит идеальным щитом от космических лучей, позволяя получать сигналы невероятной чистоты.
Учёные проанализировали 190 дней накопленных данных и обнаружили неопровержимые свидетельства обратного бета-распада.
Водяной детектор смог зафиксировать сигналы вплоть до 1,4 мегаэлектронвольт, обеспечив около 50-процентную эффективность на уровне 2,2 мегаэлектронвольт. Статистический анализ показал, что сигнал с вероятностью 99,7% был вызван именно антинейтрино.
Физик Логан Лебановски признался, что команду заинтриговал сам факт, что простая вода способна измерять реакторные антинейтрино с таких огромных расстояний. Теперь перед наукой открываются перспективы использования воды для удалённого мониторинга ядерных реакторов — технологии, которая будет дешёвой, доступной и безопасной.
Исследователь Кристин Краус подчеркнула, что это первое в мире наблюдение взаимодействия нейтрино с ядрами углерода-13 на столь низких энергиях. Физики с нетерпением ждут, когда детектор поможет ответить на один из самых больших вопросов современности: являются ли нейтрино и антинейтрино на самом деле одной и той же частицей.