ถังน้ำที่บริสุทธิ์ที่สุดถูกฝังอยู่ใต้หินกิโลเมตรในออนแทรีโอแคนาดาพุ่งขึ้นมาเป็นอนุภาคที่ตรวจพบได้แทบจะไม่กระแทกผ่านโมเลกุลของมัน
เหตุการณ์นี้เป็นครั้งแรกที่น้ำถูกนำมาใช้ในการตรวจจับอนุภาคที่รู้จักกันในชื่อ antineutrino ซึ่งเกิดจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่อยู่ห่างออกไปมากกว่า 240 กิโลเมตร (150 ไมล์)
ความก้าวหน้าที่เหลือเชื่อซึ่งมีรายละเอียดในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในปี 2566 ปูทางไปสู่อนาคตการทดลองและเทคโนโลยีการตรวจสอบที่ใช้วัสดุราคาไม่แพงได้รับได้ง่ายและปลอดภัย
เป็นอนุภาคที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในจักรวาลเป็นสิ่งเล็ก ๆ น้อย ๆ ที่มีศักยภาพมากมายในการเปิดเผยข้อมูลเชิงลึกที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นในจักรวาล น่าเสียดายที่พวกเขาเกือบจะไม่มีมวลไม่มีค่าใช้จ่ายและแทบจะไม่โต้ตอบกับอนุภาคอื่น ๆ เลย พวกเขาส่วนใหญ่สตรีมผ่านอวกาศและหินเหมือนกันราวกับว่าทุกเรื่องมีความสัมพันธ์กัน มีเหตุผลที่พวกเขารู้จักกันในชื่ออนุภาคผี
Antineutrinos เป็น antiparticle คู่กับนิวตริโน โดยปกติแล้ว antiparticle จะมีประจุตรงข้ามกับอนุภาคเทียบเท่า ยกตัวอย่างเช่น antiparticle ของอิเล็กตรอนที่มีประจุลบเป็น positron ที่มีประจุบวก เนื่องจากนิวตริโนไม่ได้มีค่าใช้จ่ายนักวิทยาศาสตร์จึงสามารถบอกได้ทั้งสองอย่างแยกออกจากกันขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงนิวตริโนอิเล็กตรอนจะปรากฏขึ้นพร้อมกับโพซิตรอนในขณะที่อิเล็กตรอน antineutrino ปรากฏขึ้นพร้อมอิเล็กตรอน
อิเล็กตรอน antineutrinosถูกปล่อยออกมาในระหว่างการสลายตัวของเบต้านิวเคลียร์ชนิดของการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีซึ่งนิวตรอนจะสลายตัวลงในโปรตอนอิเล็กตรอนและแอนทีนูทรีโน หนึ่งใน antineutrinos อิเล็กตรอนเหล่านี้สามารถโต้ตอบกับโปรตอนเพื่อผลิตโพซิตรอนและนิวตรอนซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่เรียกว่าการสลายตัวเบต้าผกผัน
ถังขนาดใหญ่ที่เต็มไปด้วยของเหลวที่เรียงรายไปด้วยหลอด photomultiplier ใช้ในการตรวจจับการสลายตัวแบบนี้โดยเฉพาะ พวกเขาได้รับการออกแบบมาเพื่อจับแสงจาง ๆการแผ่รังสี Cherenkovสร้างขึ้นโดยอนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่เร็วกว่าแสงสามารถเคลื่อนที่ผ่านของเหลวคล้ายกับเสียงบูมที่เกิดจากการทำลายกำแพงเสียง ดังนั้นพวกเขาจึงไวต่อแสงจาง ๆ มาก
Antineutrinos ผลิตในปริมาณที่มหาศาลโดยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แต่พวกเขามีพลังงานค่อนข้างต่ำซึ่งทำให้ยากต่อการตรวจจับ
เข้าSNO+- ฝังอยู่ใต้หินมากกว่า 2 กิโลเมตร (1.24 ไมล์) มันเป็นห้องปฏิบัติการใต้ดินที่ลึกที่สุดในโลก การป้องกันหินนี้ให้อุปสรรคที่มีประสิทธิภาพต่อการแทรกแซงโดยรังสีคอสมิคทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้รับสัญญาณที่ได้รับการแก้ไขอย่างดีเป็นพิเศษ
วันนี้รถถังทรงกลมขนาด 780 ตันของห้องแล็บเต็มไปด้วย alkylbenzene เชิงเส้นซึ่งเป็นเครื่องรางของเหลวที่ขยายแสง ย้อนกลับไปในปี 2561 ในขณะที่โรงงานอยู่ระหว่างการสอบเทียบมันก็เต็มไปด้วยน้ำพิเศษ
เมื่อรวมถึงมูลค่าของข้อมูลที่เก็บรวบรวมได้ 190 วันในระหว่างขั้นตอนการสอบเทียบย้อนกลับไปในปี 2561 การทำงานร่วมกันของ SNO+ พบหลักฐานของการสลายตัวเบต้าผกผัน นิวตรอนที่ผลิตในระหว่างกระบวนการนี้ถูกจับโดยนิวเคลียสไฮโดรเจนในน้ำซึ่งจะทำให้เกิดแสงอ่อนของแสงที่ระดับพลังงานที่เฉพาะเจาะจงมาก 2.2 megaelectronvolts
เครื่องตรวจจับน้ำ Cherenkov โดยทั่วไปพยายามดิ้นรนเพื่อตรวจจับสัญญาณต่ำกว่า 3 Megaelectronvolts; แต่ SNO+ ที่เต็มไปด้วยน้ำสามารถตรวจจับได้ถึง 1.4 megaelectronvolts สิ่งนี้สร้างประสิทธิภาพประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์สำหรับการตรวจจับสัญญาณที่ 2.2 megaelectronvolts ดังนั้นทีมจึงคิดว่ามันคุ้มค่ากับโชคของพวกเขาที่กำลังมองหาสัญญาณของการสลายตัวเบต้าผกผัน
การวิเคราะห์สัญญาณของผู้สมัครระบุว่ามันน่าจะเกิดขึ้นจาก antineutrino โดยมีระดับความเชื่อมั่น 3 Sigma - ความน่าจะเป็น 99.7 เปอร์เซ็นต์
ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่าเครื่องตรวจจับน้ำสามารถใช้ในการตรวจสอบการผลิตพลังงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
ในขณะเดียวกัน SNO+ ถูกนำไปใช้เพื่อช่วยให้เข้าใจนิวตริโนและ antineutrinos ดีขึ้น เพราะนิวตริโนคือเป็นไปไม่ได้ที่จะวัดโดยตรง, เรา- หนึ่งในคำถามที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคือนิวตริโนและแอนทีนูตรีโนสเป็นอนุภาคเดียวกันหรือไม่ การสลายตัวที่หายากและไม่เคยเห็นมาก่อนจะตอบคำถามนี้ SNO+ กำลังมองหาการสลายตัวนี้
"มันทำให้เราสนใจว่าน้ำบริสุทธิ์สามารถใช้ในการวัด antineutrinos จากเครื่องปฏิกรณ์และในระยะทางไกลเช่นนี้"นักฟิสิกส์อธิบาย Logan Lebanowskiจากการทำงานร่วมกันของ SNO+ และมหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนียเบิร์กลีย์ในปี 2566 เมื่อมีการเปิดเผยผลลัพธ์
"เราใช้ความพยายามอย่างมีนัยสำคัญในการดึงสัญญาณจำนวนหนึ่งจากข้อมูล 190 วันผลลัพธ์ที่ได้คือความพึงพอใจ"
การวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในจดหมายทบทวนทางกายภาพ-
เวอร์ชันก่อนหน้าของบทความนี้ได้รับการตีพิมพ์ในเดือนเมษายน 2566
