Второй в мире мобильный нейтринный детектор скоро будет готов!

Передвижная лаборатория Mobile Neutrino Lab представляет собой трейлер, сконструированный для размещения и транспортировки 80-ти килограммового детектора MiniCHANDLER (углерод-водородный детектор антинейтрино на основе атомов лития в оптической ловушке). С началом работы в апреле MiniCHANDLER войдёт в историю как первый антинейтринный детектор, установленный на автомобиль.

Нейтрино — фундаментальные частицы, не обладающие электрическим зарядом, что сильно затрудняет их обнаружение. Эти неуловимые частицы путают ученых уже более полувека. MiniCHANDLER специально разработан для обнаружения античастиц нейтрино (антинейтрино), яркими источниками которых являются атомные реакторы.

В процессе деления атомов урана образуются более лёгкие элементы, которые, в свою очередь, испытывают бета-распад.

"Наша основная цель — увидеть нейтрино и измерить соотношение сигнал / шум», — говорит Джон Линк, член эксперимента и профессор физики Центра физики нейтрино в Вирджинии. «Мы просто хотим доказать, что детектор работает".

Линк и его коллеги надеются, что MiniCHANDLER и его будущие коллеги-детекторы помогут найти ответы на вопросы в том числе и о «инертных нейтрино», гипотетической разновидности нейтрино, кандидатах в тёмную материю. Детектор также можно было бы применять в области безопасности —  как средство наблюдения за реакторами.

Ранее в 2014 году японская команда учёных опубликовала результаты другого мобильного нейтринного детектора, но их данные не соответствовали порогу статистической значимости. Работа детекторов была остановлена ​​после того, как все реакторы в Японии были закрыты для проверок безопасности.

«Мы сможем контролировать состояние реактора снаружи благодаря сильной проникающей способности нейтрино», — утверждает в электронной почте Шуго Огури, работавший в японской команде учёных.

Линк и его коллеги считают, что дизайн их детектора — это значительный шаг вперёд, и есть надежда, что MiniCHANDLER сможет лучше подавить  фоновые события и успешно обнаружить нейтрино.

Итак, где же ты, нейтрино?

Для обнаружения нейтрино, которые очень редко взаимодействуют с веществом, физики обычно используют огромные структуры, такие как Super-Kamiokande (нейтринный детектор в Японии, который содержит 50 000 тонн сверхчистой воды). Экспериментальные установки также часто располагаются глубоко под землей, чтобы блокировать сигналы от других частиц, которые зашумляют полезные сигналы на поверхности Земли.

Благодаря своим небольшим размерам и надземному расположению, MiniCHANDLER переворачивает область нейтринной телескопии.

Детектор использует технологию твердотельного сцинтиллятора, которая позволит ему регистрировать около сотни антинейтринных взаимодействий в день. Это гораздо меньше, чем на больших детекторах, но MiniCHANDLER выигрывает за счёт гораздо большей точности.

Мелкие пластиковые ячейки внутри детектора позволяют точно локализовать точку взаимодействия нейтрино и вещества  сцинтиллятора за счёт световых вспышек. Однако такой же световой сигнал может поступать и от других проходящих частиц, таких как космические лучи. Чтобы отличить антинейтрино от других излучений, Линк и его коллеги ищут серию сигналов, подтверждающих наличие антинейтрино.

Причиной таких серий является особый процесс — обратный бета-распад. Обратный бета-распад происходит, когда антинейтрино сталкивается с протоном, производя фотон (событие первого сорта), а также выбивает нейтрон из ядра атома. Эти нейтроны медленнее света и используются в качестве вторичного сигнала для подтверждения антинейтринного взаимодействия.

«MiniCHANDLER будет находиться на поверхности, поэтому он будет плохо защищен от фонового излучения. Так что у нас будет много событий первого сорта, не относящихся к нейтрино», — говорит Линк. «Обратный бета-распад дает нам возможность избавиться от фоновых помех».

Мониторинг реакторов

Ученые смогли найти применение для мобильного нейтринного детектора, помимо изучения самих нейтрино. Они также могут использовать установку для детектирования работающего ядерного реактора.

«Нейтринный поток однозначно свидетельствует о работе реактора»,  —  утверждает Шуго Огури.

Детектор может также использоваться для проверки наличия оружейных изотопов в активной зоне реактора. Например, плутоний, элемент, используемый в качестве материала для атомных и термоядерных бомб, производит на 60 процентов меньше обнаруживаемых нейтрино, чем уран, основной компонент реакторного топлива.

Но сейчас Линк занят достижением главной цели: запустить передвижной нейтринный детектор.

Оригинал: http://www.symmetrymagazine.org/article/mobile-neutrino-lab-makes-its-debut

Вычитка и редактура:

@valera5505

@jaoklerDe

Kate Kocijevska