Podľa nového výskumu publikovaného v žurnále APS výskumníci dosiahli významný míľnik v detekcii subatomárnych častíc známych ako antineutrína.

Jedna takáto častica bola detegovaná v nádrži s najčistejšou vodou na svete, ktorá je pochovaná hlboko pod skalami v kanadskom Ontáriu. Na tému upozornil portál InterestingEngineering.

Najpočetnejšie častice vo vesmíre

Ako ďalej píše portál ScienceAlert, je to vôbec po prvýkrát, čo bola voda použitá na detekciu antineutrína. Predmetné antineutríno pritom pochádzalo až z 240 kilometrov vzdialeného jadrového reaktora. Uvedený objav predstavuje prelom a zároveň prísľub pre nové experimenty s neutrínami a technológiou ich monitorovania.

Napriek tomu, že neutrína patria medzi najpočetnejšie častice vo vesmíre, sú zároveň tie najnepolapiteľnejšie.

Neutrína sú elementárne častice patriace medzi leptóny s poločísleným spinom. Tieto častice teda patria medzi fermióny a ich vlastnosti fascinujú vedcov po celom svete už desiatky rokov.

Sú to totiž veľmi zvláštne častice, ktoré svojou hmotnosťou výrazne zaostávajú za väčšinou elementárnych častíc a nenesú žiadny náboj. V porovnaní s elektrónom je ich hmotnosť až 500 000-krát menšia.

Predmetné častice sa často označujú aj pojmom „duchovia“, pretože sa pohybujú rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla, ich hmotnosť je takmer nulová a dokážu prechádzať hmotou bez akejkoľvek reakcie, čo výrazne sťažuje ich detekciu.

Ako ich detegujeme?

Antineutrína sú antičasticové náprotivky neutrín. Antičastice sú náprotivky častíc, pričom majú rovnakú hmotnosť a spin, ale opačný náboj ako ich ekvivalentná „normálna“ častica.

Vzhľadom na to, že neutrína žiadny náboj nenesú, vedci ich dokážu odlíšiť iba na základe toho, že elektrónové neutríno vznikne vedľa pozitrónu, zatiaľ čo elektrónové antineutríno sa objaví spolu s elektrónom.

Spomínané elektrónové antineutrína vznikajú, respektíve sú emitované počas jadrového beta rozpadu, pri ktorom sa neutrón rozpadá na protón, elektrón a antineutríno. Jedno z týchto elektrónových antineutrín potom môže interagovať s protónom, pričom dôjde k vytvoreniu pozitrónu a neutrónu. Táto reakcia sa potom nazýva inverzný beta rozpad.

Uvedený proces sa bežne používa v detekcii elektrónových antineutrín v neutrínových detektoroch.

Meraním antineutrín z reaktorov môžu vedci napríklad zistiť, či je reaktor zapnutý alebo vypnutý, ale tiež to, aké jadrové palivo spaľuje. Týmto spôsobom možno tiež zistiť, či napríklad cudzia krajina prechádza z reaktora na výrobu energie na reaktor na výrobu materiálu do jadrových zbraní.

Prelomový objav

Vedcom z laboratória SNO+ (najhlbšie podzemné laboratórium na svete ukryté zhruba pod 2 km hrubou vrstvou skál) sa však teraz podarilo zhromaždiť dôkazy o vôbec prvej detekcii antineutrín z reaktora prostredníctvom vodného Čerenkovovho detektora (typ detektora častíc, ktorý deteguje Čerenkovovo žiarenie – elektromagnetické žiarenie vznikajúce pri prechode nabitej častice dielektrickým prostredím rýchlosťou väčšou, ako je fázová rýchlosť svetla v tomto prostredí).

Detektor SNO+ je veľká akrylová nádoba s priemerom 12 m, ktorá bola v čase experimentu naplnená extrémne čistou vodou (rok 2018). Za zmienku však stojí fakt, že aktuálne je táto guľová nádrž naplnená lineárnym alkylbenzénom, píše portál Phys.

Skombinovaním údajov zozbieraných v priebehu 190 dní v roku 2018 vedci teraz objavili dôkazy o inverznom beta rozpade. Neutríno produkované počas tohto procesu bolo zachytené vo vodíkovom jadre vo vode v nádrži, čo vytvorilo svetlo s veľmi špecifickou energetickou úrovňou – 2,2 MeV. Za zmienku tiež stojí aj fakt, že vodné Čerenkovove detektory majú vo všeobecnosti problém detegovať signály pod 3 MeV, takže ide skutočne o prielom.

Analýza signálu tiež ukázala, že bol produkovaný antineutrínom so spoľahlivosťou na úrovni sigma  3, teda 99,7 %.