Колаборація фізиків SNO+ повідомила про перше виявлення реакторних електронних антинейтрино у водному черенковському детекторі. Частинки потрапили в детектор від ядерних реакторів, що поблизу лабораторії. Статистичну значущість сигналу фізики оцінили у 3,5 сигми. Своїми результатами вчені поділилися у Physical Review Letters.
Детектор SNO+. SNO+ Collaboration.
Що таке реакторні антинейтрино?
Попри те, що нейтрино є одними з найпоширеніших у Всесвіті частинок, зареєструвати їх дуже складно, адже вони не люблять взаємодіяти з матерією. Стандартна модель описує три види (аромати) нейтрино: електронне нейтрино, мюонне нейтрино і тау-нейтрино. Також кожне з них має свою античастинку
Одним з основних напрямків у дослідженні нейтрино, є нейтринні осциляції — явище зміни виду нейтрино у подорожі простором. Тобто утворитися нейтрино може, наприклад, електронним, але в детектор потрапить вже тау-нейтрино. На щастя, у фізиків є багато джерел нейтрино: Сонце, космічні промені, прискорювачі частинок і навіть ядерні реактори. І вивчаючи потоки нейтрино від відомих джерел, вчені можуть досліджувати, як частинки перетворюються одна на одну.
У своїй новій роботі фізики колаборації SNO+ повідомили, що їм вперше вдалося зловити реакторні електронні антинейтрино за допомогою водного черенковського детектора.
Як ловили частинки?
Джерелом реакторних антинейтрино є бета-розпад, який відбувається в реакторі під час поділу ядер. У детекторі частинки беруть участь у зворотному бета-розпаді, де перетворюють протони на позитрон і нейтрон. Позитрон забирає більшу частину енергії антинейтрино та анігілює, утворюючи гамма-випромінювання, яке можна зареєструвати. Однак досі детектори, де робочою речовиною є вода, дешевший і менш токсичний матеріал, не використовували для пошуку реакторних антинейтрино, оскільки вони не могли фіксувати гамма-випромінювання енергією менше 2,2 мегаелектронвольта.
У цій роботі фізики SNO+ шукали електронні антинейтрино від канадських ядерних реакторів, що знаходяться на відстані 240, 340 і 350 кілометрів від лабораторії SNOLAB, що знаходиться під землею на глибині 2 кілометрів у шахті. Вони використовували дані, які зібрали під час калібрування компонентів детектора SNO+. Зазвичай він працює на основі органічного рідкого сцинтилятора, однак на час калібрування у 905-тонну цистерну залили надчисту воду, чим і скористалися фізики. Світловий спалах від взаємодії антинейтрино з речовиною детектора реєстрували масивом з 9 362 фотопомножувачів. За характерним профілем спалаху можна відновити тип і енергію нейтрино, яке його викликало.
Щоб зафіксувати антинейтрино, вчені знизили поріг виявлення до рівня енергії у 1,4 мегаелектронвольта. Поєднавши два аналітичні методи, науковці змогли відрізнити реакторні електронні антинейтрино від фонових подій у детекторі. За 190 днів збирання даних їм вдалося отримати сигнал від потрапляння електронного антинейтрино зі статистичною значущістю у 3,5 сигми.
Раніше ми розповідали про результати роботи колаборації KATRIN, фізикам якої вдалося обмежити масу електронного антинейтрино