Обнаружение нейтрино и как оно поможет разгадать тайны Вселенной

Совсем недавно обсерватория Садбери, расположенная в шахте под землей, совершила прорыв – замерила нейтрино, известные как антинейтрино, фундаментальные частицы, исходящие от ближайшего ядерного реактора. В предыдущих экспериментах использовался сцинтиллятор, вещество напоминающее масло, которое делает скачок света всякий раз, как через него проходят электроны и протоны. Нейтрино и антинейтрино являются крошечными частицами, этаким строительным материалом нашей Вселенной. Они играют важную роль в мониторинге ядерных реакторов и обнаружении ядерной активности. Ученые надеются, что это приведет к возможности создания большого и недорогого массива реакторов для обеспечения соблюдения странами договоров о ядерном оружии.

Что такое нейтрино?

Распространение нейтрино и антинейтрино указывает на то, что они являются основополагающим элементом во всем строении Вселенной. Их обнаружение было проблемой в течение длительного времени из-за их редкого взаимодействия с другими материальными частицами и невозможности «просто сфотографировать». Тем не менее, они могут быть использованы для изучения разнообразных физических явлений и анализа далеких астрономических объектов, а также для мониторинга ядерных реакторов и обнаружения нарушений ядерных соглашений. Каждую секунду около 100 триллионов нейтрино проходят через наши тела незаметно, и хотя они не представляют угрозы для человека, их свойства могут быть полезны во многих областях науки.

Для нейтрино весь мир прозрачный

Откуда берутся нейтрино и антинейтрино

Нейтрино чаще всего возникают в качестве побочного продукта из-за высокоэнергетических ядерных реакций – столкновений протонов и других частиц. Антинейтрино же, по словам Джошуа Клейна, одного из ведущих специалистов, обычно создаются искусственно, например, в ядерных реакторах – в результате радиоактивных взаимодействий, направленных на расщепление атомных ядер. По этой причине ядерные реакторы могут генерировать большое количество антинейтрино, что делает их идеальным объектом для их исследования.

Комната с множеством датчиков постоянно фиксирует прохождение частиц

Почему открытие нейтрино является прорывом

Как говорит Клейн, измерение антинейтрино реакторов позволяет определить, включены они или нет, а также, возможно, какое ядерное топливо используется в процессе. Ученые считают, что это может быть полезно для контроля производства энергии и оружейного материала. Этот метод также может использоваться для отслеживания того, не происходит ли переключение производства с энергетического реактора на реактор, производящий ядерное оружие. Оценка может быть проведена с помощью всего одного реактора, что позволяет строить множество больших, но относительно дешевых специальных помещений, чтобы убедиться в том, что страны выполняют свои обязательства, например, в рамках договора о ядерном оружии.

Главное условие для обнаружения антинейтрино

Реакторные антинейтрино имеют очень низкую энергию, поэтому детектор должен быть очень чистым даже от следов радиоактивности. Кроме того, детектор должен «срабатывать» при достаточно низком пороге, чтобы частицы могли быть обнаружены. Также ученые уточняют, что для расположенной от ядерного реактора на расстоянии 240 км установки, особенно важно, чтобы в ней было не менее 1 000 тонн воды.

Крошечные размеры частиц лишь усложняют их поимку

Невидимые частицы, пронизывающие все вокруг

Несмотря на то, что обнаружить нейтрино и антинейтрино довольно сложно, эти элементарные частицы играют важную роль в нашей Вселенной. Благодаря ним ученые могут лучше понимать процессы, происходящие в звездах и других объектах космоса, а также изучать основы физики, включая слабые силы гравитационного взаимодействия.

Кроме того, исследования нейтрино помогают раскрыть тайны происхождения и эволюции Вселенной.