دفن تحت كيلومترات من الصخور في أونتاريو بكندا ، وميض خزان من أنقى المياه بينما اصطدمت جزيئاته بالكاد بجزيئاته.
إنها المرة الأولى التي يتم فيها استخدام الماء للكشف عن جسيم يعرف باسم مضاد النيترينو ، والذي نشأ من مفاعل نووي يبعد أكثر من 240 كيلومترًا (150 ميلًا). يعد هذا الاختراق المذهل بتجارب النيوترينو وتقنية المراقبة التي تستخدم مواد غير مكلفة وسهلة الحصول عليها وآمنة.
باعتبارها من أكثر الجسيمات وفرة في الكون ، فإن النيوترينوات هي أشياء صغيرة غريبة لديها الكثير من الإمكانات للكشف عن رؤى أعمق للكون. لسوء الحظ ، فهي عديمة الكتلة تقريبًا ، ولا تحمل أي شحنة ، وبالكاد تتفاعل مع الجسيمات الأخرى على الإطلاق. يتدفقون في الغالب عبر الفضاء والصخور على حد سواء ، كما لو كانت كل المواد غير جوهرية. هناك سبب يطلق عليهم اسم جسيمات الأشباح.
Antineutrinos هو نظير الجسيمات المضادة للنيوترينوات. عادة ، يكون للجسيم المضاد الشحنة المعاكسة لمكافئ الجسيم ؛ الجسيم المضاد للإلكترون سالب الشحنة ، على سبيل المثال ، هو البوزيترون موجب الشحنة. نظرًا لأن النيوترينوات لا تحمل شحنة ، يمكن للعلماء فقط التمييز بين الاثنين بناء على الحقيقة سيظهر نيوترينو الإلكترون إلى جانب البوزيترون ، بينما يظهر إلكترون مضاد نيترينو مع إلكترون.
antineutrinos الإلكترون تنبعث أثناء تحلل بيتا النووي ، وهو نوع من الاضمحلال الإشعاعي يتحلل فيه النيوترون إلى بروتون وإلكترون ومضاد نيوترينو. يمكن أن يتفاعل أحد هذه الإلكترونات المضادة للنيوترينوات مع بروتون لإنتاج بوزيترون ونيوترون ، وهو تفاعل يُعرف باسم اضمحلال بيتا العكسي.
تستخدم خزانات كبيرة مملوءة بالسائل ومبطنة بأنابيب مضاعفة ضوئية للكشف عن هذا النوع المعين من الانحلال. إنها مصممة لالتقاط التوهج الخافت لـ إشعاع Cherenkov التي تم إنشاؤها بواسطة جسيمات مشحونة تتحرك بشكل أسرع من الضوء يمكن أن ينتقل عبر السائل ، على غرار الطفرة الصوتية الناتجة عن كسر حاجز الصوت. لذا فهم حساسون جدًا للضوء الخافت جدًا.
يتم إنتاج مضادات النيترينو بكميات هائلة بواسطة المفاعلات النووية ، لكنها منخفضة الطاقة نسبيًا ، مما يجعل من الصعب اكتشافها.
يدخل SNO +. مدفون تحت أكثر من كيلومترين (1.24 ميل) من الصخور ، إنه أعمق مختبر تحت الأرض في العالم. يوفر هذا التدريع الصخري حاجزًا فعالًا ضد تداخل الأشعة الكونية ، مما يسمح للعلماء بالحصول على إشارات تم حلها جيدًا بشكل استثنائي.
اليوم ، يتم تعبئة الخزان الكروي في المختبر الذي يبلغ وزنه 780 طنًا بألكيل بنزين الخطي ، وهو سائل وامض يضخم الضوء. مرة أخرى في عام 2018 ، بينما كانت المنشأة تخضع للمعايرة ، كانت مليئة بالمياه عالية النقاء.
من خلال التمشيط خلال 190 يومًا من البيانات التي تم جمعها خلال مرحلة المعايرة تلك في عام 2018 ، وجد تعاون SNO + دليلًا على تحلل بيتا معكوس. يتم التقاط النيوترون الناتج خلال هذه العملية بواسطة نواة الهيدروجين في الماء ، والتي بدورها تنتج إزهارًا خفيفًا من الضوء عند مستوى طاقة محدد للغاية ، 2.2 ميغا إلكترون فولت.
تكافح أجهزة الكشف عن المياه Cherenkov بشكل عام للكشف عن الإشارات التي تقل عن 3 ميغا إلكترون فولت ؛ لكن SNO + المليء بالماء كان قادرًا على اكتشاف ما يصل إلى 1.4 ميغا إلكترون فولت. ينتج عن هذا كفاءة تبلغ حوالي 50 في المائة لاكتشاف الإشارات عند 2.2 ميغا إلكترون فولت ، لذلك اعتقد الفريق أن الأمر يستحق حظهم في البحث عن علامات اضمحلال بيتا المعكوس.
حدد تحليل لإشارة مرشح أنه من المحتمل أن تكون ناتجة عن مضاد نيوترينو ، بمستوى ثقة 3 سيجما – احتمال 99.7 في المائة.
تشير النتيجة إلى أنه يمكن استخدام أجهزة الكشف عن المياه لمراقبة إنتاج الطاقة للمفاعلات النووية.
وفي الوقت نفسه ، يتم استخدام SNO + للمساعدة في فهم النيوترينوات ومضادات النوترينوات بشكل أفضل. لأن النيوترينوات من المستحيل قياسه بشكل مباشر، لا نعرف الكثير عنهم. أحد أكبر الأسئلة هو ما إذا كانت النيوترينوات ومضادات النوترينوات هي نفس الجسيمات بالضبط. من شأن انحلال نادر لم يسبق له مثيل أن يجيب على هذا السؤال. يبحث SNO + حاليًا عن هذا الانحلال.
“من المثير للدهشة أنه يمكن استخدام الماء النقي لقياس مضادات النيترينو من المفاعلات وعلى مثل هذه المسافات الكبيرة” ، يقول الفيزيائي لوغان ليبانوفسكي تعاون SNO + وجامعة كاليفورنيا ، بيركلي.
“لقد بذلنا جهدًا كبيرًا لاستخراج عدد قليل من الإشارات من 190 يومًا من البيانات. والنتيجة مرضية.”
تم نشر البحث في رسائل المراجعة البدنية.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”
