Zakopan ispod kilometra stene u Ontariju u Kanadi, rezervoar najčistije vode bljesnuo je dok je jedva uočljiva čestica probila njegove molekule.
Ovo je prvi put da je voda korišćena za detekciju čestice poznate kao antineutrino, koja je nastala iz nuklearnog reaktora udaljenog više od 240 kilometara. Ovaj neverovatan proboj obećava neutrin eksperimente i tehnologiju praćenja koja koristi jeftine, lako dostupne i bezbedne materijale.
Kao neke od najzastupljenijih čestica u Univerzumu, neutrini su čudne male stvari sa mnogo potencijala za otkrivanje dubljeg uvida u Univerzum. Nažalost, oni su skoro bez mase, nemaju naelektrisanje i jedva stupaju u interakciju sa drugim česticama uopšte. Uglavnom teku kroz svemir i stenu, kao da je sva materija bestelesna. Postoji razlog zašto su poznate kao čestice duhova.
Antineutrini su antičestica pandan neutrinima. Obično, antičestica ima suprotan naboj u odnosu na njen ekvivalent čestice; antičestica negativno naelektrisanog elektrona, na primer, je pozitivno naelektrisani pozitron. Pošto neutrini nemaju naelektrisanje, naučnici mogu da ih razlikuju samo na osnovu činjenice da će se elektronski neutrino pojaviti pored pozitrona, dok se elektronski antineutrino pojavljuje sa elektronom.
Elektronski antineutrini se emituju tokom nuklearnog beta raspada, vrste radioaktivnog raspada u kome se neutron raspada na proton, elektron i antineutrino. Jedan od ovih elektronskih antineutrina tada može da stupi u interakciju sa protonom da bi proizveo pozitron i neutron, reakcija poznata kao inverzni beta raspad.
Veliki rezervoari punjeni tečnošću obloženi fotoumnožećim cevima koriste se za otkrivanje ove posebne vrste propadanja. Oni su dizajnirani da uhvate slab sjaj Čerenkovljevog zračenja koji stvaraju naelektrisane čestice koje se kreću brže nego što svetlost može da putuje kroz tečnost, slično zvučnom udaru koji se stvara probijanjem zvučne barijere. Tako da su veoma osetljivi na veoma slabo svetlo.
Antineutrini se proizvode u ogromnim količinama u nuklearnim reaktorima, ali su relativno male energije, što ih čini teškim za otkrivanje.
Unesite SNO+. Zakopana ispod više od 2 kilometra stene, to je najdublja podzemna laboratorija na svetu. Ova zaštita od kamena pruža efikasnu barijeru protiv interferencije kosmičkih zraka, omogućavajući naučnicima da dobiju izuzetno dobro razrešene signale.
Danas je laboratorijski sferični rezervoar od 780 tona napunjen linearnim alkilbenzenom, tečnim scintilatorom koji pojačava svetlost. Još 2018. godine, dok je objekat bio na kalibraciji, bio je napunjen ultra čistom vodom.
Pročešljajući podatke od 190 dana prikupljenih tokom te faze kalibracije još 2018. godine, SNO+ saradnja je pronašla dokaze o inverznom beta raspadu. Neutron proizveden tokom ovog procesa je zarobljen jezgrom vodonika u vodi, što zauzvrat proizvodi meki cvet svetlosti na veoma specifičnom energetskom nivou, 2,2 megaelektronvolta.
Vodeni Čerenkov detektori se uglavnom bore da detektuju signale ispod 3 megaelektronvolta; ali SNO+ ispunjen vodom bio je u stanju da detektuje do 1,4 megaelektronvolta. Ovo proizvodi efikasnost od oko 50 procenata za detekciju signala na 2,2 megaelektronvolta, tako da je tim smatrao da je vredno njihove sreće da traži znake inverznog beta raspada.
Analiza signala kandidata utvrdila je da ga je verovatno proizveo antineutrino, sa nivoom poverenja od 3 sigma – verovatnoća od 99,7 procenata.
Rezultat sugeriše da bi detektori vode mogli da se koriste za praćenje proizvodnje energije nuklearnih reaktora.
U međuvremenu, SNO+ se koristi za bolje razumevanje neutrina i antineutrina. Pošto je neutrine nemoguće direktno izmeriti, ne znamo mnogo o njima. Jedno od najvećih pitanja je da li su neutrini i antineutrini potpuno ista čestica. Retko, nikada ranije viđeno raspadanje dalo bi odgovor na ovo pitanje. SNO+ trenutno traži ovo raspadanje.
„Intrigira nas da se čista voda može koristiti za merenje antineutrina iz reaktora i na tako velikim udaljenostima“, kaže fizičar Logan Lebanovski iz SNO+ saradnje i Univerziteta Kalifornije, Berkli.
„Potrošili smo značajan napor da izvučemo pregršt signala iz 190 dana podataka. Rezultat je zadovoljavajući.“
