Enterrado sob quilômetros de rocha em Ontário, Canadá, um reservatório da água mais pura brilhou quando suas partículas mal colidiram.

É a primeira vez que a água é usada para detectar uma partícula conhecida como antineutrino, que se originou de um reator nuclear a mais de 240 quilômetros (150 milhas) de distância. Esse avanço promete experimentos com neutrinos e tecnologia observacional que usa materiais baratos, fáceis de obter e seguros.

Como algumas das partículas mais abundantes no universo, os neutrinos são pequenas coisas exóticas com muito potencial para revelar percepções mais profundas do universo. Infelizmente, eles quase não têm massa, não carregam carga e quase não interagem com outras partículas. Eles fluem principalmente através do espaço e da rocha, como se toda a matéria fosse insubstancial. Há uma razão para serem chamadas de partículas fantasmas.

Os antineutrinos são a contraparte antipartícula dos neutrinos. Normalmente, uma antipartícula tem carga oposta à partícula equivalente; A antipartícula de um elétron carregado negativamente, por exemplo, é o pósitron carregado positivamente. Como os neutrinos não carregam carga, apenas os cientistas podem distinguir entre os dois Baseado no fato Um neutrino de elétron aparecerá ao lado de um pósitron, enquanto um antineutrino de elétron aparecerá com um elétron.

antineutrinos de elétrons emitido Durante o decaimento nuclear beta, um tipo de decaimento radioativo no qual um nêutron decai em um próton, um elétron e um antineutrino. Um desses antineutrinos de elétrons pode interagir com um próton para produzir um pósitron e um nêutron, uma reação conhecida como decaimento beta inverso.

Grandes tanques cheios de líquido revestidos com tubos fotomultiplicadores são usados ​​para detectar esse tipo específico de decomposição. Ele é projetado para capturar o brilho fraco de radiação Cherenkov Criado por partículas carregadas que se movem mais rápido que a luz que podem viajar através de um líquido, semelhante a um estrondo sônico causado pela quebra da barreira do som. Portanto, eles são muito sensíveis à luz muito baixa.

Os antineutrinos são produzidos em grandes quantidades por reatores nucleares, mas são de potência relativamente baixa, o que os torna difíceis de detectar.

entra SNO+. Enterrado sob mais de 2 quilômetros (1,24 milhas) de rocha, é o laboratório subterrâneo mais profundo do mundo. Essa blindagem rochosa fornece uma barreira eficaz contra a interferência de raios cósmicos, permitindo que os cientistas obtenham sinais excepcionalmente bem resolvidos.

Hoje, o tanque esférico de 780 toneladas do laboratório é preenchido com alquilbenzeno linear, um líquido que amplifica a luz. Em 2018, enquanto a instalação estava sendo calibrada, ela foi abastecida com água altamente purificada.

Ao analisar 190 dias de dados coletados durante a fase de calibração em 2018, a colaboração SNO+ encontrou evidências de decaimento beta inverso. O nêutron produzido durante esse processo é capturado por um núcleo de hidrogênio na água, que por sua vez produz uma explosão sutil de luz em um nível de energia muito específico, 2,2 MeV.

Os detectores de água Cherenkov geralmente lutam para detectar sinais abaixo de 3 MeV; Mas o SNO+ cheio de água foi capaz de detectar até 1,4 MeV. Isso resulta em uma eficiência de cerca de 50% para detectar sinais em 2,2 MeV, então a equipe achou que valia a pena procurar sinais de decaimento beta inverso.

Uma análise de um sinal candidato determinou que provavelmente foi causado por um antineutrino, com um nível de confiança de 3 sigma – uma probabilidade de 99,7 por cento.

O resultado indica que detectores de água podem ser usados ​​para monitorar a produção de energia de reatores nucleares.

Enquanto isso, o SNO+ está sendo usado para ajudar a entender melhor neutrinos e antineutrinos. Porque os neutrinos É impossível medir diretamenteNão sabemos muito sobre eles. Uma das maiores questões é se neutrinos e antineutrinos são exatamente as mesmas partículas. Uma dissolução rara e nunca antes vista responderia a essa pergunta. SNO+ está atualmente procurando por este decaimento.

“Surpreendentemente, a água pura pode ser usada para medir antineutrinos de reatores e em distâncias tão grandes,” diz o físico Logan Lipanovsky Colaboração SNO+ e a Universidade da Califórnia, Berkeley.

“Fizemos um grande esforço para extrair apenas alguns sinais dos 190 dias de dados. O resultado é satisfatório.”

Pesquisa publicada em Cartas de revisão física.