Призрачные частицы впервые обнаружили в воде

Физики из подземной лаборатории SNO в Канаде совершили прорыв в исследовании нейтрино: впервые в истории они зафиксировали антинейтрино с помощью чистой воды. Этот эксперимент открыл новые возможности для мониторинга ядерных реакторов и изучения фундаментальных свойств материи. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).

Нейтрино и их антиподы — антинейтрино — считаются одними из самых загадочных частиц во Вселенной. Они почти не взаимодействуют с материей, что делает их крайне сложными для обнаружения. Однако ученым удалось зафиксировать сигнал антинейтрино, используя бак с ультрачистой водой, расположенный на глубине более 2 км под землей.

Обычно такие частицы детектируют с помощью специальных жидкостей, усиливающих световые сигналы. Но во время калибровки установки SNO в 2018 году ее резервуар был заполнен обычной водой. Анализ 190 дней накопленных данных показал, что в ходе эксперимента произошло редкое событие – обратный бета-распад, при котором антинейтрино взаимодействует с протоном, создавая позитрон и нейтрон.

Ключевым моментом стало то, что ученые смогли зарегистрировать вспышку характерного света, возникающую при захвате нейтрона ядром водорода. Обычно водные детекторы плохо улавливают сигналы ниже 3 мегаэлектронвольт (МэВ), но в данном случае SN+ удалось зафиксировать сигнал всего в 2,2 МэВ с эффективностью около 50%. Анализ показал, что вероятность того, что сигнал был вызван именно антинейтрино, составляет 99,7%.

Этот эксперимент демонстрирует, что вода может стать доступным и безопасным материалом для нейтринных исследований. Ученые также считают, что подобные установки можно использовать для дистанционного мониторинга ядерных реакторов.

В дальнейшем детектор SNO будет использоваться для поиска ответа на фундаментальный вопрос: являются ли нейтрино и антинейтрино одной и той же частицей. Если удастся обнаружить редкий тип распада, то это может перевернуть представления о структуре материи.

«Нас вдохновляет тот факт, что обычная вода может фиксировать антинейтрино с таких огромных расстояний», — отметил физик Логан Лебановски из SNO и Калифорнийского университета в Беркли.