O brilho fantasmagórico da usina nuclear detectada em água a 150 milhas de distância: WebCuriosos

Um tanque da água mais pura, enterrada sob quilômetros de rocha em Ontário, Canadá, brilhava quando uma partícula quase não detectável bateu em suas moléculas.

Este evento foi a primeira vez que a água foi usada para detectar uma partícula conhecida como antineutrino, que se originou de um reator nuclear a mais de 240 quilômetros de distância.

O incrível avanço, detalhado em um estudo publicado em 2023, abre caminho para futuras experiências de neutrinos e tecnologia de monitoramento que usam materiais baratos, facilmente adquiríveis e seguros.

Como algumas das partículas mais abundantes do universo, os neutrinos são pequenas coisas estranhas, com muito potencial para revelar idéias mais profundas sobre o universo. Infelizmente, eles são quase sem massa, não carregam carga e mal interagem com outras partículas. Eles passam principalmente pelo espaço e pelo rock, como se toda a matéria fosse incorpórea. Há uma razão pela qual eles são conhecidos como partículas fantasmas.

Os antineutrinos são a contraparte antipartícula dos neutrinos. Geralmente, uma antipartícula tem a carga oposta ao seu equivalente a partículas; A antipartícula do elétron carregado negativamente, por exemplo, é o pósitron carregado positivamente. Como os neutrinos não carregam uma cobrança, os cientistas só podem diferenciar os dois separados baseado no fato Um neutrino de elétrons aparecerá ao lado de um pósitron, enquanto um antineutrino de elétrons aparece com um elétron.

Antineutrinos eletrônicos são emitidos Durante a decaimento beta nuclear, um tipo de decaimento radioativo em que um nêutrons se deteriora em um próton, um elétron e 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.

Tanques grandes e líquidos cheios de tubos fotomultiplicadores são usados ​​para detectar esse tipo específico de decaimento. Eles foram projetados para capturar o brilho fraco de Radiação Cherenkov Criado por partículas carregadas que se movem mais rápido que a luz pode percorrer o líquido, semelhante ao boom sônico gerado pela quebra da barreira do som. Então, eles são muito sensíveis a uma luz muito fraca.

Os antineutrinos são produzidos em quantidades prodigiosas por reatores nucleares, mas são energia relativamente baixa, o que dificulta a detecção.

Digitar Sno+. Enterrado sob mais de 2 quilômetros (1,24 milhas) de rocha, é o laboratório subterrâneo mais profundo do mundo. Essa blindagem de rocha fornece uma barreira eficaz contra a interferência dos raios cósmicos, permitindo que os cientistas obtenham sinais excepcionalmente bem resolvidos.

Hoje, o tanque esférico de 780 toneladas do laboratório é preenchido com alquilbenzeno linear, um cintilador líquido que amplifica a luz. Em 2018, enquanto a instalação estava passando por calibração, ela estava cheia de água ultrapura.

Penteando durante os 190 dias de dados coletados durante essa fase de calibração em 2018, a colaboração SNO+ encontrou evidências de decadência beta inversa. O nêutron produzido durante esse processo é capturado por um núcleo de hidrogênio na água, que, por sua vez, produz uma flor suave de luz em um nível de energia muito específico, 2,2 megaeletronvolts.

Os detectores de Water Cherenkov geralmente lutam para detectar sinais abaixo de 3 megaeltronvolts; Mas um SNO+ cheio de água foi capaz de detectar até 1,4 megaelectronvolts. Isso produz uma eficiência de cerca de 50 % para detectar sinais a 2,2 megaeltronvolts, então a equipe pensou que valia a pena procurar sinais de decadência beta inversa.

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 %.

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

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

“Isso nos intriga que a água pura pode ser usada para medir antineutrinos de reatores e a distâncias tão grandes”. Físico explicado Logan LeBanowski da colaboração SNO+ e da Universidade da Califórnia, Berkeley, em 2023, quando os resultados foram revelados.

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

A pesquisa foi publicada em Cartas de revisão física.

Uma versão anterior deste artigo foi publicada em abril de 2023.