Enterrada bajo kilómetros de roca en Ontario, Canadá, una reserva del agua más pura brillaba mientras sus partículas apenas chocaban.
Es la primera vez que se usa 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 avance promete experimentos con neutrinos y tecnología de observación que utiliza materiales que son económicos, fáciles de obtener y seguros.
Como algunas de las partículas más abundantes en el universo, los neutrinos son pequeñas cosas exóticas con un gran potencial para revelar información más profunda sobre el universo. Desafortunadamente, casi no tienen masa, no tienen carga y apenas interactúan con otras partículas. Fluyen principalmente a través del espacio y la roca por igual, como si toda la materia fuera insustancial. Hay una razón por la que se llaman partículas fantasma.
Los antineutrinos son la contrapartida antipartícula de los neutrinos. Normalmente, una antipartícula tiene la carga opuesta al equivalente de la partícula; La antipartícula de un electrón con carga negativa, por ejemplo, es el positrón con carga positiva. Debido a que los neutrinos no tienen carga, solo los científicos pueden distinguir entre los dos. Basado en el hecho Un neutrino electrónico aparecerá junto a un positrón, mientras que un antineutrino electrónico aparecerá con un electrón.
antineutrinos electrónicos emitido Durante la desintegración nuclear beta, un tipo de desintegración radiactiva en la que un neutrón se desintegra en un protón, un electrón y un antineutrino. Uno de estos electrones antineutrinos puede interactuar con un protón para producir un positrón y un neutrón, una reacción conocida como desintegración beta inversa.
Se utilizan grandes tanques llenos de líquido revestidos con tubos fotomultiplicadores para detectar este tipo particular de descomposición. Está diseñado para capturar el tenue brillo de Radiación de Cherenkov Creado por partículas cargadas que se mueven más rápido que la luz que puede viajar a través de un líquido, similar a un estampido sónico causado al romper la barrera del sonido. Así que son muy sensibles a la luz muy baja.
Los antineutrinos se producen en grandes cantidades en los reactores nucleares, pero tienen una potencia relativamente baja, lo que los hace difíciles de detectar.
Entra SNO+. Enterrado bajo más de 2 kilómetros (1,24 millas) de roca, es el laboratorio subterráneo más profundo del mundo. Este escudo rocoso proporciona una barrera eficaz contra la interferencia de 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 líquido intermitente que amplifica la luz. En 2018, mientras se calibraba la instalación, se llenó con agua altamente purificada.
Al analizar 190 días de datos recopilados durante esa fase de calibración en 2018, la colaboración SNO+ encontró evidencia de decaimiento beta inverso. El neutrón producido durante este proceso es capturado por un núcleo de hidrógeno en el agua, que a su vez produce una sutil floración 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 SNO+ lleno de agua pudo detectar hasta 1,4 MeV. Esto da como resultado una eficiencia de alrededor del 50 por ciento para detectar señales a 2,2 MeV, por lo que el equipo pensó que valía la pena buscar signos de desintegración beta inversa.
Un análisis de una señal candidata determinó que probablemente fue causada por un antineutrino, con un nivel de confianza de 3 sigma, una probabilidad del 99,7 por ciento.
El resultado indica que los detectores de agua pueden usarse para monitorear la producción de energía de los reactores nucleares.
Mientras tanto, SNO+ se está utilizando para ayudar a comprender mejor los neutrinos y antineutrinos. porque los neutrinos Es imposible medir directamenteNo sabemos mucho sobre ellos. Una de las preguntas más importantes es si los neutrinos y los antineutrinos son exactamente las mismas partículas. Una disolución rara, nunca antes vista, respondería a esa pregunta. SNO+ actualmente está buscando este decaimiento.
«Sorprendentemente, el agua pura se puede usar para medir los antineutrinos de los reactores y en distancias tan grandes». dice el físico Logan Lipanovsky Colaboración SNO+ y la Universidad de California, Berkeley.
«Nos esforzamos mucho para extraer solo algunas señales de los 190 días de datos. El resultado es satisfactorio».
Investigación publicada en Cartas de revisión física.
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