Istraživanje objavljeno u časopisu Phisical Reviev Letters koje je sproveo međunarodni tim naučnika, uključujući Džošuu Klajna, profesora Edmunda J. i Luiz V. Kan u Školi za umetnost i nauku, rezultiralo je značajnim pomakom u otkrivanju neutrina.
Međunarodni kolaborativni eksperiment poznat kao Sudburi Neutrino Observation (SNO+), koji se nalazi u rudniku u Sudburiju, Ontario, otprilike 240 km od najbližeg nuklearnog reaktora, otkrio je subatomske čestice, poznate kao antineutrini, koristeći čistu vodu. Klajn napominje da su prethodni eksperimenti to učinili sa tečnim scintilatorom, medijumom nalik ulju koji proizvodi mnogo svetlosti kada naelektrisane čestice poput elektrona ili protona prolaze kroz njega.
„S obzirom da detektor treba da bude udaljen 240 km, oko polovine dužine države Njujork, od reaktora, potrebne su velike količine scintilatora, što može biti veoma skupo“, kaže Klajn. „Dakle, naš rad pokazuje da bi se mogli napraviti veoma veliki detektori da to urade samo sa vodom.“
Klajn objašnjava da su neutrini i antineutrini sićušne subatomske čestice koje su najzastupljenije čestice u univerzumu i koje se smatraju osnovnim građevnim blokovima materije, ali naučnici su imali poteškoća da ih otkriju zbog njihove retke interakcije sa drugom materijom i zato što ne mogu biti zaštićene, što znači mogu proći kroz sve i svašta. Ali to ne znači da su štetni ili radioaktivni: skoro 100 triliona neutrina prođe kroz naša tela svake sekunde bez obaveštenja.
Ova svojstva, međutim, takođe čine ove neuhvatljive čestice korisnim za razumevanje niza fizičkih fenomena, kao što su formiranje univerzuma i proučavanje udaljenih astronomskih objekata, a „imaju praktičnu primenu jer se mogu koristiti za praćenje nuklearnih reaktora i potencijalno otkriti tajne nuklearne aktivnosti“, kaže Klajn.
Dok se neutrini obično proizvode reakcijama visoke energije kao što su nuklearne reakcije u zvezdama, kao što je fuzija vodonika u helijum na suncu pri čemu se protoni i druge čestice sudaraju i oslobađaju neutrino kao nusprodukt, antineutrini se, kaže Klajn, obično proizvode veštački, “ na primer, nuklearni reaktori, koji, da bi podelili atomska jezgra, proizvode antineutrine kao rezultat radioaktivnog beta raspada iz reakcije“, kaže on. „Kao takvi, nuklearni reaktori proizvode velike količine antineutrina i čine ih idealnim izvorom za njihovo proučavanje.
„Dakle, praćenje reaktora merenjem njihovih antineutrina govori nam da li su uključeni ili isključeni“, kaže Klajn, „i možda čak i koje nuklearno gorivo sagorevaju.“
Klajn objašnjava da bi se stoga reaktor u stranoj zemlji mogao nadgledati da bi se videlo da li ta zemlja prelazi sa reaktora za proizvodnju energije na reaktor koji proizvodi materijal za oružje. Izrada procene samo sa vodom znači da bi se mogao izgraditi niz velikih, ali jeftinih reaktora kako bi se osiguralo da se zemlja pridržava svojih obaveza iz sporazuma o nuklearnom oružju, na primer; to je ruka za osiguranje nuklearnog neširenja.
„Antineutrini reaktora imaju veoma malu energiju, i stoga detektor mora biti veoma čist čak i od radioaktivnosti u tragovima“, kaže Klajn. „Pored toga, detektor mora biti u stanju da se ‘okida’ na dovoljno niskom pragu da se događaji mogu detektovati.“
On kaže da je za reaktor udaljen čak 240 kilometara posebno važno da reaktor sadrži najmanje 1.000 tona vode. SNO+ je zadovoljio sve ove kriterijume.
Klajn pripisuje zasluge svojim bivšim pripravnicima Taneru Kaptangluu i Loganu Lebanovskom što su predvodili ovaj napor. Dok je ideja za ovo merenje bila deo Kaptangluove doktorske teze, Lebanovski, bivši postdoktorski istraživač, nadgledao je operaciju.
„Sa našom instrumentalnom grupom ovde smo dizajnirali i izgradili svu elektroniku za prikupljanje podataka i razvili sistem ‘okidača’ detektora, što je omogućilo SNO+ da ima energetski prag dovoljno nizak da detektuje reaktorske antineutrine.“
