Cahaya hantu pembangkit listrik tenaga nuklir terdeteksi di air murni 150 mil jauhnya: ScienceAlert

Pada tahun 2018, reservoir air paling murni, yang terkubur di bawah batu sepanjang beberapa kilometer di Ontario, Kanada, muncul ketika partikel-partikel yang hampir tidak terdeteksi menabrak molekul-molekulnya.

Ini adalah pertama kalinya air digunakan untuk mendeteksi partikel yang dikenal sebagai antineutrino, yang berasal dari reaktor nuklir yang jaraknya lebih dari 240 kilometer (150 mil). Ini merupakan terobosan yang luar biasa Neutrino Eksperimen dan teknologi observasi yang menggunakan bahan yang murah, aman, dan mudah didapat.

Sebagai salah satu partikel paling melimpah di alam semesta, Neutrino Itu adalah hal-hal kecil yang aneh dengan potensi besar untuk mengungkap wawasan lebih dalam tentang alam semesta. Sayangnya, mereka hampir tidak bermassa, tidak membawa muatan, dan hampir tidak berinteraksi dengan partikel lain sama sekali. Mereka sebagian besar mengalir melalui ruang angkasa dan bebatuan, seolah-olah semua materi tidak berwujud. Ada alasan mengapa mereka dikenal sebagai partikel hantu.

Antineutrino adalah mitra partikel antineutrino. Biasanya, antipartikel memiliki muatan yang berlawanan dengan partikel ekuivalennya; Antipartikel elektron yang bermuatan negatif, misalnya, adalah positron yang bermuatan positif. Karena neutrino tidak membawa muatan, hanya ilmuwan yang dapat membedakan keduanya Berdasarkan kebenaran Neutrino elektron akan muncul bersama dengan positron, sedangkan neutrino elektron akan muncul bersama elektron.

Antineutrino elektron memancarkan Selama peluruhan beta nuklir, yaitu jenis peluruhan radioaktif di mana neutron meluruh menjadi proton, elektron, dan antineutrino. Antineutrino elektron kemudian dapat berinteraksi dengan proton untuk menghasilkan positron dan neutron, suatu reaksi yang dikenal sebagai peluruhan beta reversibel.

Tangki besar berisi cairan dan dilapisi dengan tabung fotomultiplier digunakan untuk mendeteksi dekomposisi jenis ini. Mereka dirancang untuk menangkap cahaya redup Radiasi Cherenkov Mereka diciptakan oleh partikel bermuatan yang bergerak lebih cepat daripada kecepatan cahaya dalam menembus cairan, mirip dengan ledakan sonik yang disebabkan oleh pecahnya penghalang suara. Jadi mereka sangat sensitif terhadap cahaya yang sangat redup.

Antineutrino diproduksi dalam jumlah besar oleh reaktor nuklir, namun energinya relatif rendah sehingga sulit dideteksi.

Dia masuk Salju +. Laboratorium ini terkubur di bawah batu sepanjang lebih dari 2 kilometer (1,24 mil), dan merupakan laboratorium bawah tanah terdalam di dunia. Pelindung batuan ini memberikan penghalang efektif terhadap gangguan sinar kosmik, sehingga memungkinkan para ilmuwan memperoleh sinyal dengan resolusi yang sangat baik.

Saat ini, tangki berbentuk bola laboratorium seberat 780 ton diisi dengan alkilbenzena linier, suatu sintilator cair yang memperkuat cahaya. Pada tahun 2018, saat fasilitas tersebut menjalani kalibrasi, fasilitas tersebut diisi dengan air ultra murni.

Dengan melihat data yang dikumpulkan selama 190 hari selama fase kalibrasi pada tahun 2018, kolaborasi SNO+ menemukan bukti peluruhan beta terbalik. Neutron yang dihasilkan selama proses ini ditangkap oleh inti hidrogen di dalam air, yang kemudian menghasilkan pancaran cahaya lembut pada tingkat energi yang sangat spesifik, 2,2 MeV.

Detektor air Cherenkov umumnya kesulitan mendeteksi sinyal di bawah 3 MeV; Namun SNO+ berisi air mampu mendeteksi hingga 1,4 MeV. Hal ini menghasilkan efisiensi sekitar 50% untuk mendeteksi sinyal pada 2,2 MeV, sehingga tim berpikir akan bermanfaat jika mereka mencari tanda-tanda peluruhan beta terbalik.

Analisis terhadap kandidat sinyal menentukan bahwa sinyal tersebut kemungkinan dihasilkan oleh antineutrino, dengan tingkat kepercayaan 3 sigma – probabilitas 99,7%.

Hasilnya menunjukkan bahwa detektor air dapat digunakan untuk memantau produksi energi di reaktor nuklir.

Sementara itu, SNO+ digunakan untuk membantu lebih memahami neutrino dan antineutrino. Karena neutrino ada Tidak mungkin mengukurnya secara langsungKami Saya tidak tahu banyak tentang mereka. Salah satu pertanyaan terbesarnya adalah apakah neutrino dan antineutrino merupakan partikel yang sama persis. Pembusukan yang langka dan belum pernah terlihat sebelumnya akan menjawab pertanyaan ini. SNO+ saat ini sedang meneliti pembusukan ini.

“Sangat menarik bahwa air murni dapat digunakan untuk mengukur antineutrino dari reaktor dan pada jarak yang jauh.” kata fisikawan Logan Lipanowski Dari kolaborasi SNO+ dan University of California, Berkeley, pada Maret 2023.

“Kami melakukan upaya besar untuk mengekstrak sejumlah kecil sinyal dari data 190 hari. Hasilnya memuaskan.”

Penelitian ini dipublikasikan di Surat ulasan fisik.

Versi artikel ini pertama kali diterbitkan pada April 2023.