Физики впервые наблюдали, как нейтрино превращают атомы углерода в азот

Нейтрино называют призрачными частицами, потому что они редко взаимодействуют с чем-либо еще. Триллионы из них ежесекундно пролетают сквозь наши тела, но не оставляют следов. Они образуются в ходе ядерных реакций, в том числе и тех, которые происходят в солнечном ядре, однако наблюдать этот процесс сложно. Ученым из Оксфорда удалось увидеть, как нейтрино превращают атомы углерода в азот внутри огромного подземного детектора.

Исследование проводилось с использованием детектора SNO+, расположенного на глубине двух километров под землей в SNOLAB — международном научно-исследовательском центре мирового класса, расположенном в шахте города Садбери (Канада). Глубина расположения — крайне важный фактор для защиты лаборатории от космических лучей и фонового излучения, которые могли бы заглушить слабые сигналы нейтрино.

В SNO+ ученые применили опыт эксперимента SNO, показавшего, что нейтрино на своем пути от Солнца к Земле колеблются между тремя типами: электронными, мюонными и тау-нейтрино. Команда SNO+ использовала естественное содержание углерода-13 в жидком сцинтилляторе для измерения редкого и специфического взаимодействия.

Ученые искали события, в которых ядро углерода-13 подвергается воздействию высокоэнергетического нейтрино и превращается в радиоактивный азот-13, который распадается примерно через десять минут. Они использовали метод «отложенного совпадения», позволивший с уверенностью отделить реальные взаимодействия нейтрино от фонового шума. Анализ выявил 5,6 наблюдаемых событий за 231 день. Этот результат согласуется со статистическим прогнозом (4,7 событий), пишет EurekAlert.

«Насколько нам известно, эти результаты представляют собой самое низкоэнергетическое наблюдение взаимодействий нейтрино с ядрами углерода-13 на сегодняшний день и предоставляют первое прямое измерение сечения этой конкретной ядерной реакции с основным состоянием образовавшегося ядра азота-13», — сказала Кристин Краус, научный сотрудник SNOLAB.
Изучение частиц нейтрино необходимо для понимания звездных процессов, ядерного синтеза и эволюции Вселенной. По словам ученых, это открытие закладывает основу для будущих исследований аналогичных взаимодействий низкоэнергетических нейтрино.

Цзянмэньская подземная нейтринная обсерватория, расположенная на глубине 700 метров в южнокитайской провинции Гуандун, показала в ноябре первые результаты. Данные, полученные детектором, впечатлили ученых высокой точностью.