2018년, 캐나다 온타리오의 수 킬로미터 깊이의 암석 아래에 묻혀 있던 가장 순수한 물이 담긴 저수지에서 거의 감지할 수 없는 입자가 분자를 뚫고 충돌하면서 번쩍였습니다.
240킬로미터(150마일) 이상 떨어진 원자로에서 발생한 반중성미자(antineutrino)라는 입자를 탐지하기 위해 물을 사용한 것은 이번이 처음이었습니다. 이건 놀라운 돌파구야 중성 미자 저렴하고 안전하며 쉽게 구할 수 있는 재료를 이용한 실험 및 관찰 기술입니다.
우주에서 가장 풍부한 입자 중 하나로, 중성미자 그것들은 우주에 대한 더 깊은 통찰력을 드러낼 수 있는 큰 잠재력을 지닌 이상한 작은 것들입니다. 불행하게도, 그것들은 질량이 거의 없고, 전하를 운반하지 않으며, 다른 입자들과 거의 상호작용하지 않습니다. 그들은 마치 모든 물질이 물질이 아닌 것처럼 대부분 우주와 암석을 통해 흐릅니다. 그들이 유령 입자로 알려진 이유가 있습니다.
항중성미자는 항중성미자의 입자 대응물입니다. 일반적으로 반입자는 등가 입자와 반대 전하를 갖습니다. 예를 들어, 음전하를 띤 전자의 반입자는 양전하를 띤 양전자입니다. 중성미자는 전하를 띠지 않기 때문에 과학자만이 둘을 구별할 수 있습니다. 진실을 바탕으로 전자 중성미자는 양전자와 함께 존재하게 되고, 전자 중성미자는 전자와 함께 존재하게 됩니다.
전자 반중성미자 방출하다 중성자가 양성자, 전자 및 반중성미자로 붕괴하는 일종의 방사성 붕괴인 핵 베타 붕괴 중. 전자 반중성미자는 양성자와 상호작용하여 양전자와 중성자를 생성할 수 있는데, 이 반응을 가역적 베타 붕괴라고 합니다.
이러한 유형의 분해를 감지하기 위해 액체로 채워지고 광전자 증배관이 늘어선 대형 탱크가 사용됩니다. 그들은 희미한 빛을 포착하도록 설계되었습니다. 체렌코프 방사선 이는 빛이 액체를 통해 이동할 수 있는 것보다 더 빠르게 움직이는 전하 입자에 의해 생성됩니다. 이는 음속 장벽을 깨뜨려 발생하는 소닉 붐과 유사합니다. 그래서 그들은 매우 희미한 빛에 매우 민감합니다.
반중성미자는 원자로에서 대량으로 생산되지만 상대적으로 에너지가 낮아 감지하기 어렵습니다.
그는 들어간다 눈 +. 2킬로미터(1.24마일)가 넘는 암석 아래에 묻혀 있으며 세계에서 가장 깊은 지하 실험실입니다. 이 암석 차폐는 우주선 간섭에 대한 효과적인 장벽을 제공하여 과학자들이 예외적으로 잘 분해된 신호를 얻을 수 있도록 합니다.
현재 실험실의 780톤 구형 탱크에는 빛을 증폭시키는 액체 섬광체인 선형 알킬벤젠이 채워져 있습니다. 2018년 시설 교정이 진행되는 동안 초순수를 채웠습니다.
SNO+ 협력팀은 2018년 보정 단계에서 190일 동안 수집된 데이터를 검토하여 역베타붕괴의 증거를 발견했습니다. 이 과정에서 생성된 중성자는 물 속의 수소 핵에 의해 포획되며, 이는 다시 2.2MeV라는 매우 특정한 에너지 수준에서 부드러운 빛을 생성합니다.
Cherenkov 물 감지기는 일반적으로 3MeV 미만의 신호를 감지하는 데 어려움을 겪습니다. 그러나 물로 채워진 SNO+는 최대 1.4MeV까지 감지할 수 있었습니다. 그 결과 2.2MeV에서 신호를 감지하는 데 약 50%의 효율성이 발생하므로 팀은 역베타붕괴의 징후를 찾는 것이 운이 좋을 것이라고 생각했습니다.
후보 신호를 분석한 결과, 신뢰 수준 3 시그마(99.7% 확률)로 반중성미자에 의해 생성되었을 가능성이 있는 것으로 확인되었습니다.
결과는 물 탐지기가 원자로의 에너지 생산을 모니터링하는 데 사용될 수 있음을 시사합니다.
한편, SNO+는 중성미자와 반중성미자를 더 잘 이해하는 데 도움을 주기 위해 사용되고 있습니다. 중성미자가 존재하기 때문에 직접적으로 측정하는 것은 불가능합니다우리 나는 그들에 대해 잘 모른다. 가장 큰 질문 중 하나는 중성미자와 반중성미자가 정확히 동일한 입자인지 여부입니다. 이전에 본 적이 없는 희귀한 부패가 이 질문에 대한 답이 될 것입니다. SNO+는 현재 이 붕괴를 연구하고 있습니다.
“순수한 물을 사용하여 원자로에서 그렇게 먼 거리에 있는 반중성미자를 측정할 수 있다는 것은 흥미롭습니다.” 물리학자 Logan Lipanowski는 이렇게 말했습니다. 2023년 3월 SNO+ 협력과 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스의 연구 결과입니다.
“190일간의 데이터에서 소수의 신호를 추출하기 위해 많은 노력을 기울인 결과는 만족스러웠습니다.”
이 연구는 실제 검토 편지.
이 기사의 버전은 2023년 4월에 처음 게시되었습니다.
