Lueur fantomatique d’une centrale nucléaire détectée dans des eaux cristallines à 240 km de là : ScienceAlert

En 2018, un réservoir d’eau la plus pure, enfoui sous des kilomètres de roche en Ontario, au Canada, a éclaté alors que des particules à peine détectables s’écrasaient à travers ses molécules.

C’était la première fois que de l’eau était utilisée pour détecter une particule connue sous le nom d’antineutrino, provenant d’un réacteur nucléaire situé à plus de 240 kilomètres (150 miles). Cette avancée étonnante promet des expériences sur les neutrinos et une technologie d’observation utilisant des matériaux sûrs, peu coûteux et faciles à obtenir.

Faisant partie des particules les plus abondantes dans l’univers, les neutrinos sont d’étranges petites choses dotées d’un grand potentiel pour révéler des informations plus profondes sur l’univers. Malheureusement, ils n’ont presque pas de masse, ne portent aucune charge et interagissent à peine avec d’autres particules. Ils circulent principalement dans l’espace et dans la roche, comme si toute matière était immatérielle. Il y a une raison pour laquelle on les appelle particules fantômes.

Les antineutrinos sont la contrepartie particulaire des antineutrinos. Normalement, une antiparticule a une charge opposée à sa particule équivalente ; L’antiparticule d’un électron chargé négativement, par exemple, est un positron chargé positivement. Puisque les neutrinos ne portent aucune charge, les scientifiques ne peuvent distinguer que les deux Basé sur la vérité Le neutrino électronique naîtra avec le positron, tandis que le neutrino électronique naîtra avec l’électron.

Neutrinos anti-électrons émettre Au cours de la désintégration bêta nucléaire, qui est un type de désintégration radioactive dans laquelle un neutron se désintègre en un proton, un électron et un antineutrino. Un antineutrino électronique peut alors interagir avec un proton pour produire un positron et un neutron, une réaction connue sous le nom de désintégration bêta réversible.

De grands réservoirs remplis de liquides et garnis de tubes photomultiplicateurs sont utilisés pour détecter ce type de décomposition. Ils sont conçus pour capturer la faible lueur de Rayonnement Tchérenkov Ils sont créés par des particules chargées se déplaçant plus rapidement que la lumière ne peut traverser un liquide, semblable au bang sonique provoqué par la rupture d’un mur du son. Ils sont donc très sensibles à une lumière très faible.

Les antineutrinos sont produits en grandes quantités par les réacteurs nucléaires, mais leur énergie est relativement faible, ce qui les rend difficiles à détecter.

Entre dans Neige +. Il est enfoui sous plus de 2 kilomètres (1,24 mi) de roche et constitue le laboratoire souterrain le plus profond au monde. Ce blindage rocheux constitue une barrière efficace contre les interférences des rayons cosmiques, permettant aux scientifiques d’obtenir des signaux d’une résolution exceptionnellement bonne.

Aujourd’hui, la cuve sphérique de 780 tonnes du laboratoire est remplie d’alkylbenzène linéaire, un scintillateur liquide qui amplifie la lumière. En 2018, alors que l’installation était en cours d’étalonnage, elle a été remplie d’eau ultra pure.

En examinant les données collectées sur 190 jours au cours de la phase d’étalonnage en 2018, la collaboration SNO+ a trouvé des preuves d’une désintégration bêta inverse. Le neutron produit au cours de ce processus est capturé par le noyau d’hydrogène présent dans l’eau, qui à son tour produit une douce lueur de lumière à un niveau d’énergie très spécifique, 2,2 MeV.

Les détecteurs d’eau Cherenkov ont généralement des difficultés à détecter les signaux inférieurs à 3 MeV ; Mais le SNO+ rempli d’eau a pu détecter jusqu’à 1,4 MeV. Cela se traduit par une efficacité d’environ 50 % pour la détection des signaux à 2,2 MeV. L’équipe a donc pensé que cela vaudrait la peine de rechercher des signes de désintégration bêta inverse.

L’analyse du signal candidat a déterminé qu’il était probablement produit par un antineutrino, avec un niveau de confiance de 3 sigma, soit une probabilité de 99,7 %.

Le résultat suggère que des détecteurs d’eau pourraient être utilisés pour surveiller la production d’énergie dans les réacteurs nucléaires.

Parallèlement, SNO+ est utilisé pour mieux comprendre les neutrinos et les antineutrinos. Parce que les neutrinos existent Il est impossible de le mesurer directementNous ne savons pas grand-chose d’eux. L’une des plus grandes questions est de savoir si les neutrinos et les antineutrinos sont exactement la même particule. Une dégradation rare et inédite répondra à cette question. SNO+ étudie actuellement cette désintégration.

« Il est intéressant que l’eau pure puisse être utilisée pour mesurer les antineutrinos provenant des réacteurs et à de si grandes distances. » a déclaré le physicien Logan Lipanowski De la collaboration SNO+ et de l’Université de Californie à Berkeley, en mars 2023.

« Nous avons fait un gros effort pour extraire un petit nombre de signaux à partir de 190 jours de données. Le résultat a été satisfaisant. »

La recherche a été publiée dans Lettres d’examen physique.

Une version de cet article a été publiée pour la première fois en avril 2023.