За първи път бе регистрирано антинеутрино на 240 километра от ядрения реактор

Неутриното е една от най-разпространените частици във Вселената и затова неговите свойства, които вълнуват учените, дават възможност да се надникне в микроскопичната структура на космоса. Но тъй като неутриното много слабо взаимодейства с материята, то се открива изключително трудно. Неотдавна детектор на водна основа беше използван за откриване на антинеутрино от ядрени реакции на стотици километри разстояние. Този тип устройства биха могли да се използват в по-голям мащаб за наблюдение на отдалечена ядрена активност и за откриване на потенциални съоръжения, участващи в производството на ядрени оръжия.

Неутриното е т.нар. фундаментална частица, което означава, че подобно на електроните то не е съставено от по-малки елементи. Но докато електроните имат отрицателен заряд, неутриното няма заряд. Тези частици са най-леките от всички субатомни частици с маса. Неутриното се получава главно при реакции в ядрата на звездите и често е продукт на превръщането на тежките частици в по-леки – този процес се нарича разпад.

Почти 100 години след теоретичното им предсказване и почти 70 години след откриването им някои свойства на частиците остават неизвестни, включително тяхната маса и дали съществуват техните античастици – антинеутрино, които също преминават през материята, без през повечето време да взаимодействат с нея.

Екип от изследователи, на име SNO+, наскоро направи неочаквано откритие, докато подготвяше специален детектор за откриване на изключително рядък ядрен разпад, който не излъчва неутрино, наречен бета-разпад без неутрино, който може да определи дали едно неутрино е антинеутрино или не. Учените регистрираха неутринен сигнал от ядрен реактор, намиращ се на 240 км от тях, с помощта на напълнен с вода неутринен детектор – първото използване на подобно устройство. Работата им е публикувана в списание Physical Review Letters.

Детекторът на SNO+ е течен сцинтилаторен детектор за изследване на неутрино. Експериментът се провежда на 2 км под земята, където повечето частици не могат да проникнат – в мината „Крайтън“ на компанията Vale близо до Съдбъри, Онтарио, Канада.

Сърцето на детектора SNO+ е акрилна сфера с диаметър 12 м, пълна с 800 тона течен сцинтилатор, плаващ във водна баня. Този обем се контролира от близо 10 000 фотоумножители, които са високочувствителни светлинни детектори. Добавена е и мрежа от въжета, която държи акрилния контейнер, плуващ заедно със сцинтилатора.

На практика течният сцинтилатор е течност от органичен произход, която излъчва светлина при преминаване на заредени частици през нея. SNO+ открива неутриното, тъй като то взаимодейства с електроните и ядрата в детектора, създавайки заредени частици, които на свой ред излъчват светлина при преминаването си през сцинтилатора.

Както вече споменахме, антинеутриното взаимодейства с материята само при определени условия. В противен случай то просто преминава през нея. Чистата вода в сферата обаче има подходящи условия за взаимодействие на антинеутрино – а именно особено големия брой протони, с които те могат да се сблъскат.

Безпрецедентно регистриране на антинеутрино и възможното откриване на ядрена активност

Материята се състои от протони, електрони и неутрони, всеки от които има маса и заряд (положителен, отрицателен или неутрален). Частицата антиматерия има същата маса като противоположната частица, но противоположен заряд. На практика електронът има отрицателен електричен заряд, а позитронът (антиелектронът) има положителен заряд.

При сблъсъка на неутрино и протон се получават позитрон и неутрон. Позитроните се движат много бързо и създават следа от синя светлина. Неутронът се съединява с ядрото на съседен атом и претърпява процес, при който се излъчват гама лъчи.

Въз основа на предишни експерименти с антинеутрино изследователите знаят, че синята светлина предхожда гама лъчите с около 200 микросекунди, което е една уникална закономерност за откриване на наличието на антинеутрино във вода.

За да се направи това конкретно откритие, според публикация в New Scientist, екипът е събирал данни в продължение на 190 дни и е установил, че антинеутриното е попаднало в детектора 14 пъти. Няма пряк начин да се определи произходът на всяко антинеутрино, но данните съвпадат с тези, произведени от трите най-близки канадски реактора, включително един, разположен на 240 км.

По-специално, откритите антинеутрино имат енергията, която се очаква само за частици, генерирани от реактор, а не за такива, които се излъчват от вътрешността на Слънцето или земното ядро. В бъдеще подобен подход би могъл да се използва за откриването на различните процеси, свързани със създаването на ядрени оръжия.

В днешната усложнена геополитическа обстановка, един нов уред за засичане на местата, където има и се правят опити за създаването на нови ядрени оръжия, може да се окаже много полезен.

Вероятността който и да е от ръководителите на големите държави съзнателно да реши да започне ядрена война, е изключително малка. Колкото и напрегнати да са отношенията между страните, всички политици са на едно и също мнение, че подобна война е недопустима.

От друга страна, броят на намиращите се в бойна готовност ядрени боеприпаси, които са готови и могат да нанесат моментален удар, към края на миналата година е бил 3825 единици. Приблизително 90% от тези ядрени бойни глави принадлежат на Русия и САЩ. Ситуацията се усложнява и от това, че започна използването на хиперзвукови ракети, които са трудни за сваляне от сега съществуващите системи за противоракетна отбрана.