Metoda e re e zbulimit të neutrinos duke përdorur ujë

Hulumtimi i botuar në revistën Physical Review Letters, i kryer nga një ekip ndërkombëtar shkencëtarësh, duke përfshirë Joshua Klein, Edmund J. dhe Louise W. Kahn, profesor në Shkollën e Arteve dhe Shkencave, ka rezultuar në një përparim të rëndësishëm në zbulimin e neutrinos.

Eksperimenti ndërkombëtar bashkëpunues i njohur si Sudbury Neutrino Observation (SNO+), i vendosur në një minierë në Sudbury, Ontario, afërsisht 240 km (rreth 149.13 mi) nga reaktori më i afërt bërthamor, ka zbuluar grimca nënatomike, të njohura si antineutrinos, duke përdorur ujë të pastër. Klein vëren se eksperimentet e mëparshme e kanë bërë këtë me një scintilator të lëngshëm, një medium i ngjashëm me vajin që prodhon shumë dritë kur grimcat e ngarkuara si elektronet ose protonet kalojnë nëpër të.

“Duke pasur parasysh që detektori duhet të jetë 240 km, rreth gjysma e gjatësisë së shtetit të Nju Jorkut, larg nga reaktori, nevojiten sasi të mëdha shintilatori, i cili mund të jetë shumë i shtrenjtë”, thotë Klein. “Pra, puna jonë tregon se detektorë shumë të mëdhenj mund të ndërtohen për ta bërë këtë vetëm me ujë.”

Klein shpjegon se neutrinot dhe antineutrinot janë grimca të vogla nënatomike që janë grimcat më të bollshme në univers dhe konsiderohen si blloqe themelore të materies, por shkencëtarët kanë pasur vështirësi në zbulimin e tyre për shkak të ndërveprimeve të tyre të rralla me materiet e tjera dhe për shkak se ato nuk mund të mbrohen, që do të thotë ata mund të kalojnë nëpër çdo gjë. Por kjo nuk do të thotë se ato janë të dëmshme ose radioaktive: Gati 100 trilion neutrino kalojnë nëpër trupat tanë çdo sekondë pa paralajmërim.

Megjithatë, këto veti i bëjnë këto grimca të pakapshme të dobishme për të kuptuar një sërë fenomenesh fizike, të tilla si formimi i universit dhe studimi i objekteve të largëta astronomike, dhe ato “kanë aplikime praktike pasi mund të përdoren për të monitoruar reaktorët bërthamorë dhe potencialisht zbulojnë aktivitetet klandestine bërthamore,” thotë Klein.

Ndërsa neutrinot zakonisht prodhohen nga reaksione me energji të lartë si reaksionet bërthamore në yje, siç është shkrirja e hidrogjenit në helium në diell, ku protonet dhe grimcat e tjera përplasen dhe lëshojnë neutrinot si një nënprodukt, antineutrinot, thotë Klein, zakonisht prodhohen artificialisht. për shembull, reaktorët bërthamorë, të cilët, për të ndarë bërthamat atomike, prodhojnë antineutrinos si rezultat i zbërthimit radioaktiv beta nga reaksioni”, thotë ai. “Si të tillë, reaktorët bërthamorë prodhojnë sasi të mëdha antineutrinash dhe i bëjnë ato një burim ideal për studimin e tyre”.

“Pra, monitorimi i reaktorëve duke matur antineutrinot e tyre na tregon nëse ata janë ndezur apo fikur,” thotë Klein, “dhe ndoshta edhe çfarë karburanti bërthamor po djegin.”

Klein shpjegon se një reaktor në një vend të huaj mund të monitorohet për të parë nëse ai vend po kalon nga një reaktor që prodhon energji në një reaktor që prodhon materiale të shkallës së armëve. Bërja e vlerësimit vetëm me ujë do të thotë që mund të ndërtohen një sërë reaktorësh të mëdhenj por të lirë për të siguruar që një vend po i përmbahet angazhimeve të tij në një traktat të armëve bërthamore, për shembull; është një mjet për të siguruar mospërhapjen bërthamore.

“Antineutrinot e reaktorit janë shumë të ulët në energji, dhe kështu një detektor duhet të jetë shumë i pastër nga sasitë e vogla të radioaktivitetit,” thotë Klein. “Përveç kësaj, detektori duhet të jetë në gjendje të ‘shkaktojë’ në një prag mjaft të ulët që ngjarjet të mund të zbulohen.”

Ai thotë se, për një reaktor deri në 240 km larg, është veçanërisht e rëndësishme që reaktori të përmbajë të paktën 1,000 tonë ujë. SNO+ i përmbushi të gjitha këto kritere.

Klein i vlerëson ish-trajnuesit e tij Tanner Kaptanglu dhe Logan Lebanowski për udhëheqjen e kësaj përpjekjeje. Ndërsa ideja për këtë matje ishte pjesë e tezës së doktoraturës së Kaptanglu, Lebanowski, një ish studiues postdoktoral, mbikëqyri operacionin.

“Me grupin tonë të instrumenteve këtu, ne projektuam dhe ndërtuam të gjithë elektronikën e marrjes së të dhënave dhe zhvilluam sistemin ‘shkaktues’ të detektorit, që është ajo që lejoi SNO+ të kishte një prag energjie mjaft të ulët për të zbuluar antineutrinot e reaktorit.”