Pod grubą warstwą skał w Ontario znajduje się zbiornik wypełniony najczystszą wodą. To właśnie on zareagował ledwie zauważalnym błyskiem, gdy doszło do niezwykle rzadkiego oddziaływania cząstki elementarnej. Kluczowe było to, że woda posłużyła jako detektor antyneutrina pochodzącego z reaktora jądrowego oddalonego o ponad 240 kilometrów — po raz pierwszy w takiej konfiguracji i na tak dużym dystansie.
Jak relacjonuje ScienceAlert, przełom został przedstawiony na łamach "Physical Review Letters" w 2023 r. Waga wyniku jest duża, bo dotychczas do podobnych pomiarów wybierano materiały bardziej skomplikowane oraz kosztowniejsze niż sama woda. Nowa metoda może więc stać się podstawą prostszych, tańszych i potencjalnie bezpieczniejszych narzędzi do monitorowania reaktorów.
Neutrina, a wraz z nimi antyneutrina, należą do najpowszechniejszych cząstek we Wszechświecie, ale jednocześnie niemal nie wchodzą w interakcje z materią. Z tego powodu często określa się je mianem "cząstek-widm". W procesie radioaktywnego rozpadu beta powstaje m.in. elektronowe antyneutrino, które może zareagować z protonem, prowadząc do emisji pozytonu i neutronu. To zjawisko — odwrotny rozpad beta — jest szczególnie trudne do uchwycenia, ponieważ antyneutrina z takich źródeł mają wyjątkowo niską energię.
Milion satelitów na orbicie? To koniec badań wszechświata
Do rejestracji tak subtelnych sygnałów potrzebne są bardzo duże, czułe instalacje z cieczą oraz aparaturą wychwytującą minimalne błyski — mowa o fotopowielaczach. To one rejestrują słabe rozbłyski światła znane jako promieniowanie Czerenkowa. Właśnie w ten sposób wykrywa się antyneutrina z reaktorów, jednak dotąd sama woda nie spełniała tej roli dostatecznie dobrze ze względu na energetyczne ograniczenia metody.
Decydujące znaczenie miało laboratorium SNO+, działające ponad 2 km pod ziemią. Zwykle jego zbiornik wypełnia się cieczą wzmacniającą sygnał świetlny, ale w 2018 r., na etapie prób kalibracyjnych, przez pewien czas znajdowała się w nim wyłącznie ultraczysta woda. Jak pokazała późniejsza analiza, właśnie ten okres — obejmujący dane z 190 dni pracy — przyniósł naukowcom materiał, który okazał się przełomowy.
W trakcie badań zespół wychwycił charakterystyczną oznakę obecności neutronu przechwytywanego przez wodór, co towarzyszy odwrotnemu rozpadowi beta. Skuteczność detekcji przy energii 2,2 megaelektronowolta sięgnęła 50 proc., mimo że klasyczne wodne detektory zaczynają reagować na słabsze impulsy dopiero przy progu 3 megaelektronowoltów. Z pomiarów wynikało także 99,7 proc. prawdopodobieństwa, że zarejestrowany sygnał był związany właśnie z antyneutrinami z odległej elektrowni jądrowej.
Logan Lebanowski z zespołu SNO+ oraz Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley podkreślał, że rezultat nie był kwestią przypadku, lecz żmudnej pracy analitycznej nad zapisem z wielu miesięcy. Jak ujął to wprost: "Zaintrygowało nas, że czysta woda potrafi mierzyć antyneutrina z reaktorów i na tak dużą odległość. Włożyliśmy wiele wysiłku, by wydobyć garść sygnałów z 190 dni zapisów. To satysfakcjonujące doświadczenie".
![Żegnajcie płyty, witaj monopolu. Decyzja PlayStation uderzy we wszystkich graczy [OPINIA]](https://v.wpimg.pl/MGZiNzUyYiY7CzhJegJvM3hTbBM8W2FlL0t0WHpKeHciRigTORw_IioGYB0nDD0mLRlgCjlWLDczRjhLeh0kNCoFLwN6HCAlPw1hSmUcdSJuW3pXM0grcXddLBxnVHV1PAxjTGJKKXc8C3lPZxwoZSc)
