O brilho fantasmagórico de uma usina nuclear foi detectado em água pura a 150 milhas de distância: WebCuriosos

Em 2018, um tanque com a água mais pura, enterrado sob quilômetros de rocha em Ontário, Canadá, brilhou quando partículas quase imperceptíveis atingiram suas moléculas.

Foi a primeira vez que a água foi usada para detectar uma partícula conhecida como antineutrino, originária de um reator nuclear a mais de 240 quilômetros (150 milhas) de distância. Esta incrível inovação promete experimentos com neutrinos e tecnologia de monitoramento que utilizam materiais baratos, facilmente adquiridos e seguros.

Sendo algumas das partículas mais abundantes no Universo, os neutrinos são pequenas coisas estranhas com muito potencial para revelar insights mais profundos sobre o Universo. Infelizmente, eles são quase sem massa, não carregam carga e quase não interagem com outras partículas. Eles fluem principalmente pelo espaço e pelas rochas, como se toda a matéria fosse incorpórea. Há uma razão pela qual são conhecidas como partículas fantasmas.

Os antineutrinos são a contraparte antipartícula dos neutrinos. Normalmente, uma antipartícula tem carga oposta à de sua partícula equivalente; a antipartícula do elétron com carga negativa, por exemplo, é o pósitron com carga positiva. Como os neutrinos não carregam carga, os cientistas só conseguem diferenciá-los com base no fato um neutrino do elétron surgirá ao lado de um pósitron, enquanto um antineutrino do elétron aparecerá com um elétron.

Antineutrinos de elétrons são emitidos durante o decaimento beta nuclear, um tipo de decaimento radioativo em que um nêutron decai em um próton, um elétron e um antineutrino. Um desses antineutrinos de elétrons pode então interagir com um próton para produzir um pósitron e um nêutron, uma reação conhecida como decaimento beta inverso.

Grandes tanques cheios de líquido revestidos com tubos fotomultiplicadores são usados ​​para detectar esse tipo específico de decaimento. Eles são projetados para capturar o brilho fraco de Radiação Cherenkov criado por partículas carregadas que se movem mais rápido do que a luz pode viajar através do líquido, semelhante ao estrondo sônico gerado pela quebra da barreira do som. Portanto, eles são muito sensíveis à luz muito fraca.

Os antineutrinos são produzidos em quantidades prodigiosas por reatores nucleares, mas têm energia relativamente baixa, o que os torna difíceis de detectar.

Digitar SNO+. Enterrado sob mais de 2 quilómetros (1,24 milhas) de rocha, é o laboratório subterrâneo mais profundo do mundo. Esta blindagem rochosa fornece uma barreira eficaz contra a interferência dos raios cósmicos, permitindo aos cientistas obter sinais excepcionalmente bem resolvidos.

Hoje, o tanque esférico de 780 toneladas do laboratório está cheio de alquilbenzeno linear, um cintilador líquido que amplifica a luz. Em 2018, enquanto a instalação estava em calibração, ela foi abastecida com água ultrapura.

Analisando os 190 dias de dados coletados durante a fase de calibração em 2018, a colaboração SNO+ encontrou evidências de decaimento beta inverso. O nêutron produzido durante esse processo é capturado por um núcleo de hidrogênio na água, que por sua vez produz um suave florescimento de luz em um nível de energia muito específico, 2,2 megaelétron-volts.

Os detectores de água Cherenkov geralmente lutam para detectar sinais abaixo de 3 megaelétron-volts; mas um SNO+ cheio de água foi capaz de detectar até 1,4 megaelétron-volts. Isso produz uma eficiência de cerca de 50% na detecção de sinais de 2,2 megaelétron-volts, então a equipe achou que valeria a pena procurar sinais de decaimento beta inverso.

Uma análise de um sinal candidato determinou que provavelmente foi produzido por um antineutrino, com um nível de confiança de 3 sigma – uma probabilidade de 99,7 por cento.

O resultado sugere que detectores de água poderiam ser usados ​​para monitorar a produção de energia de reatores nucleares.

Enquanto isso, o SNO+ está sendo utilizado para ajudar a entender melhor os neutrinos e antineutrinos. Porque os neutrinos são impossível medir diretamentenão sabemos muito sobre eles. Uma das maiores questões é se neutrinos e antineutrinos são exatamente a mesma partícula. Uma decadência rara e nunca antes vista responderia a esta pergunta. SNO+ está atualmente procurando por essa decadência.

“Intriga-nos que água pura possa ser usada para medir antineutrinos de reatores e a distâncias tão grandes”, disse o físico Logan Lebanowski da colaboração SNO+ e a Universidade da Califórnia, Berkeley, em março de 2023.

“Fizemos um esforço significativo para extrair alguns sinais de 190 dias de dados. O resultado é gratificante.”

A pesquisa foi publicada em Cartas de revisão física.

Uma versão deste artigo foi publicada pela primeira vez em abril de 2023.