Im Jahr 2018 explodierte ein Reservoir reinsten Wassers, das unter kilometerlangen Felsen in Ontario, Kanada, vergraben war, als kaum nachweisbare Partikel durch seine Moleküle prallten.
Es war das erste Mal, dass Wasser verwendet wurde, um ein als Antineutrino bekanntes Teilchen nachzuweisen, das aus einem mehr als 240 Kilometer (150 Meilen) entfernten Kernreaktor stammte. Das ist ein erstaunlicher Durchbruch Neutrino Experimente und Beobachtungstechnologien, die kostengünstige, sichere und leicht erhältliche Materialien verwenden.
Als eines der am häufigsten vorkommenden Teilchen im Universum Neutrinos Es sind seltsame kleine Dinge mit großem Potenzial, tiefere Einblicke in das Universum zu offenbaren. Leider sind sie nahezu masselos, tragen keine Ladung und interagieren kaum mit anderen Teilchen. Meistens fließen sie durch den Weltraum und durch Gestein, als ob alle Materie immateriell wäre. Es gibt einen Grund, warum sie als Geisterpartikel bekannt sind.
Antineutrinos sind das Teilchen-Gegenstück zu Antineutrinos. Normalerweise hat ein Antiteilchen eine entgegengesetzte Ladung wie sein entsprechendes Teilchen; Das Antiteilchen eines negativ geladenen Elektrons ist beispielsweise ein positiv geladenes Positron. Da Neutrinos keine Ladung tragen, können nur Wissenschaftler zwischen beiden unterscheiden Basierend auf der Wahrheit Das Elektron-Neutrino wird zusammen mit dem Positron entstehen, während das Elektron-Neutrino zusammen mit dem Elektron entstehen wird.
Elektronen-Antineutrinos emittieren Beim nuklearen Betazerfall, einem radioaktiven Zerfall, bei dem ein Neutron in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino zerfällt. Ein Elektron-Antineutrino kann dann mit einem Proton interagieren, um ein Positron und ein Neutron zu erzeugen, eine Reaktion, die als reversibler Beta-Zerfall bekannt ist.
Um diese Art der Zersetzung nachzuweisen, werden große, mit Flüssigkeiten gefüllte und mit Photovervielfacherröhren ausgekleidete Tanks verwendet. Sie sind so konzipiert, dass sie das schwache Leuchten von einfangen Tscherenkow-Strahlung Sie entstehen durch geladene Teilchen, die sich schneller bewegen, als Licht durch eine Flüssigkeit gelangen kann, ähnlich dem Überschallknall, der beim Durchbrechen einer Schallmauer entsteht. Daher reagieren sie sehr empfindlich auf sehr schwaches Licht.
Antineutrinos werden in großen Mengen von Kernreaktoren produziert, haben jedoch eine relativ geringe Energie und sind daher schwer nachzuweisen.
Er tritt ein Schnee +. Es liegt unter mehr als 2 Kilometern Gestein begraben und ist das tiefste unterirdische Labor der Welt. Diese Gesteinsabschirmung stellt eine wirksame Barriere gegen Störungen durch kosmische Strahlung dar und ermöglicht es Wissenschaftlern, außergewöhnlich gut aufgelöste Signale zu erhalten.
Heute ist der 780 Tonnen schwere Kugeltank des Labors mit linearem Alkylbenzol gefüllt, einem flüssigen Szintillator, der das Licht verstärkt. Im Jahr 2018 wurde die Anlage während der Kalibrierung mit hochreinem Wasser gefüllt.
Durch die Betrachtung der über 190 Tage während der Kalibrierungsphase im Jahr 2018 gesammelten Daten fand die SNO+-Kollaboration Hinweise auf einen inversen Beta-Zerfall. Das bei diesem Prozess erzeugte Neutron wird vom Wasserstoffkern im Wasser eingefangen, der wiederum einen sanften Lichtschein mit einem ganz bestimmten Energieniveau, 2,2 MeV, erzeugt.
Cherenkov-Wasserdetektoren haben im Allgemeinen Schwierigkeiten, Signale unter 3 MeV zu erkennen; Mit wassergefülltem SNO+ konnten jedoch bis zu 1,4 MeV nachgewiesen werden. Daraus ergibt sich eine Effizienz von etwa 50 % für die Erkennung von Signalen bei 2,2 MeV, daher dachte das Team, dass es sich lohnen würde, nach Anzeichen eines inversen Betazerfalls zu suchen.
Die Analyse des Kandidatensignals ergab, dass es wahrscheinlich von einem Antineutrino erzeugt wurde, mit einem Konfidenzniveau von 3 Sigma – einer Wahrscheinlichkeit von 99,7 %.
Das Ergebnis legt nahe, dass Wasserdetektoren zur Überwachung der Energieproduktion in Kernreaktoren eingesetzt werden könnten.
Mittlerweile wird SNO+ genutzt, um Neutrinos und Antineutrinos besser zu verstehen. Weil Neutrinos existieren Es ist unmöglich, es direkt zu messenWir Ich weiß nicht viel über sie. Eine der größten Fragen ist, ob Neutrinos und Antineutrinos genau die gleichen Teilchen sind. Ein seltener, noch nie dagewesener Verfall wird diese Frage beantworten. SNO+ erforscht derzeit diesen Zerfall.
„Es ist interessant, dass reines Wasser zur Messung von Antineutrinos aus Reaktoren und über so große Entfernungen verwendet werden kann.“ sagte der Physiker Logan Lipanowski Aus der SNO+-Kollaboration und der University of California, Berkeley, im März 2023.
„Wir haben große Anstrengungen unternommen, um aus 190 Tagen Daten eine kleine Anzahl von Signalen zu extrahieren. Das Ergebnis war zufriedenstellend.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Untersuchung.
Eine Version dieses Artikels wurde erstmals im April 2023 veröffentlicht.
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