Исследователи из коллаборации CONUS+ в Швейцарии установили новый рекорд в изучении нейтрино – неуловимых элементарных частиц, которые заслужили прозвище "частицы-призраки" из-за их удивительной способности проходить сквозь материю практически без взаимодействия.
В статье, опубликованной в журнале Nature, ученые сообщают о регистрации антинейтрино при самых низких энергетических уровнях из когда-либо зафиксированных. Через наши тела каждую секунду проходит около 100 триллионов нейтрино, но они настолько слабо взаимодействуют с материей, что мы никогда их не замечаем.
Эксперимент проводился на ядерном реакторе в Лейбштадте, где ученые установили детектор, улавливающий сигналы от энергии отдачи, возникающей когда антинейтрино отскакивают от атомного ядра. Так как материя и антиматерия имеют схожие фундаментальные свойства, те же измерения можно использовать для характеристики энергетических уровней нейтрино.
Главная особенность детектора – его компактные размеры. Он весит всего 3 килограмма, что ничтожно мало по сравнению с типичными нейтринными детекторами весом в тонны. Такой размер открывает возможности для более мобильных исследований нейтрино и атомных структур в целом.
Процесс, использованный учеными, называется когерентным упругим нейтрино-ядерным рассеянием (CEvNS) и был впервые предсказан в 1974 году. Физики предполагали, что этот метод должен обеспечивать в 100–1000 раз более высокие скорости взаимодействия по сравнению с традиционным подходом.
Кристиан Бак, соавтор исследования и физик из Института ядерной физики Макса Планка в Гейдельберге (Германия) говорит:
Это как крошечное нейтрино, дающее ядру легкий толчок, словно пинг-понговый шарик, ударяющий по автомобилю, и теперь нам нужно обнаружить движение автомобиля.
Для исследователей ядерный реактор служит бесплатным, точечным источником антинейтрино.
Реактор, подобный тому, что в Лейбштадте, испускает 10 в 21-й степени антинейтрино каждую секунду! Почти все они проходят сквозь материю без какого-либо эффекта (как призрак), но мы пытаемся поймать несколько из них в день.
Следующим важным шагом для CONUS+ станет повышение точности устройства и применение полученных результатов в практических приложениях. Уникальное расположение внутри ядерного реактора уже вызвало интерес крупных организаций, таких как Международное агентство по атомной энергии.
В принципе, такой детектор можно использовать для мониторинга тепловой мощности или эволюции реакторного топлива с течением времени. Мы сделали первый шаг… но, безусловно, впереди еще несколько лет и шагов, прежде чем технология будет готова для коммерческого применения.
Ядерная зима может оказать гораздо более серьезные последствия на производство продовольствия, чем мы думали
Стартап по термоядерному синтезу утверждает, что нашел способ превращать ртуть в золото
Что еще важнее, новая техника потенциально может выявить явления, противоречащие нашим знаниям о Стандартной модели физики. Если это произойдет, это может быть намеком на то, что наше понимание неполно и что в игру вступают новые частицы или пока неизвестные взаимодействия.