Strălucirea fantomatică a unei centrale nucleare, observată de la peste 200 de kilometri depărtare

Îngropat sub kilometri de stâncă în Ontario, Canada, un rezervor cu cea mai pură apă a strălucit în timp ce neutrinii abia detectabile s-au izbit de moleculele sale.

Este pentru prima dată când apa a fost folosită pentru a detecta o particulă cunoscută sub numele de antineutrino, care provine de la un reactor nuclear aflat la 241 de kilometri distanță. Această descoperire incredibilă promite experimente cu neutrini și tehnologii de monitorizare care utilizează materiale ieftine, ușor de achiziționat și sigure.

• De ce azbestul încă apare în unele produse cosmetice?
• Oamenii de știință au creat cele mai subțiri spaghete din lume

Fiind unele dintre cele mai abundente particule din Univers, neutrinii sunt elemente mici și ciudate cu un mare potențial de a dezvălui informații valoroase despre Univers. Din nefericire, neutrinii sunt aproape lipsiți de masă, nu au sarcină și abia dacă interacționează cu alte particule. Neutrinii „curg” în cea mai mare parte prin spațiu și prin rocă deopotrivă, ca și cum toată materia ar fi incorporală. Tocmai de aceea neutrinii mai sunt numiți și „particula fantomă”.

Unele dintre cele mai abundente particule din Univers

De obicei, o antiparticulă are sarcina opusă echivalentului său de particulă; antiparticula electronului încărcat negativ, de exemplu, este pozitronul încărcat pozitiv (sau antielectronul). Deoarece neutrinii nu poartă sarcină, oamenii de știință pot face diferența între particulă și antiparticulă doar pe baza faptului că un neutrino de electron va apărea alături de un pozitron, în timp ce un antineutrino de electron apare împreună cu un electron, scrie ScienceAlert.

Antineutrinii electroni sunt emiși în timpul dezintegrării nucleare beta, un tip de dezintegrare radioactivă în care un neutron se dezintegrează într-un proton, un electron și un antineutrino. Unul dintre acești antineutrini electroni poate interacționa apoi cu un proton pentru a produce un pozitron și un neutron, o reacție cunoscută sub numele de dezintegrare beta inversă.

SNO+, cel mai adânc laborator din lume

Pentru a detecta acest tip special de dezintegrare se folosesc rezervoare mari, umplute cu lichid și căptușite cu tuburi fotomultiplicatoare. Acestea sunt concepute pentru a capta strălucirea slabă a radiației Cherenkov creată de particulele încărcate care se deplasează mai repede decât poate călători lumina prin lichid, similar cu boomul sonic generat de spargerea barierei sunetului. Astfel, particulele sunt foarte sensibile la lumina foarte slabă.

Antineutrinii sunt produși de reactoarele nucleare, dar au o energie relativ scăzută, ceea ce îi face greu de detectat.

Aici intră în joc SNO+, cel mai adânc laborator din lume, îngropat sub mai bine de 2 kilometri de stâncă. „Scutul din rocă” oferă o barieră eficientă împotriva interferențelor cauzate de razele cosmice, permițând oamenilor de știință să obțină semnale excepțional de bune.

Detectoarele de apă, utilizate pentru a monitoriza producția reactoarelor nucleare

În prezent, rezervorul sferic de 780 de tone al laboratorului este umplut cu alchilbenzen liniar, un scintilator lichid care amplifică lumina. În 2018, în timp ce instalația era în curs de calibrare, aceasta a fost umplută cu apă ultrapură.

Analizând datele colectate timp de 190 de zile în timpul acelei faze de calibrare din 2018, cercetătorii de la SNO+ au găsit dovezi de dezintegrare beta inversă. Neutronul produs în timpul acestui proces este capturat de un nucleu de hidrogen din apă, care, la rândul său, produce o lumină ușoară la un nivel energetic foarte specific, de 2,2 megaelectronvolți.

În general, detectoarele Cherenkov de apă au dificultăți în detectarea semnalelor sub 3 megaelectronvolți; însă laboratorul SNO+ umplut cu apă a fost capabil să detecteze până la 1,4 megaelectronvolți. Acest lucru produce o eficiență de aproximativ 50% pentru detectarea semnalelor la 2,2 megaelectronvolți, astfel încât echipa a considerat că merită să caute semne de dezintegrare beta inversă.

Rezultatul sugerează că detectoarele de apă ar putea fi folosite pentru a monitoriza producția de energie a reactoarelor nucleare.

Cercetarea a fost publicată în Physical Review Letters.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Rusia a explicat de ce a transferat arme nucleare în Belarus

Coreea de Nord a testat o nouă dronă subacvatică cu capacități nucleare

Ce fel de adăpost ar trebui să căutăm în cazul unui atac cu bombă nucleară?

Cercetarea nucleară ar putea ajuta mașinile autonome „să vadă” mai bine