ظاهر شدن شبح یک نیروگاه هسته‌ای در عمق زمین

غزال زیاری: در سال ۲۰۱۸ بود که یک مخزن از خالص‌ترین آب ممکن، در کیلومترها زیر سنگ‌ها در اونتاریوی کانادا دفن شد تا ذره‌ای که به سختی قابل تشخیص بود تابانده شده و به مولکول‌های آن برخورد کند.

این اولین بار بود که از آب برای شناسایی ذره‌ای به نام پادنوترینو استفاده شد. این ذره از یک راکتور هسته‌ای در فاصله‌ای بیش از ۲۴۰ کیلومتر دورتر منشا می‌گیرد. این پیشرفت حیرت‌آور، از آزمایش‌های نوترینو و فناوری نظارتی خبر می‌دهد که در آن از مواد ارزان‌قیمت، در دسترس و ایمن استفاده می‌شوند.

پادنوترینو چیست؟

پادنوترینوها به‌عنوان یکی از فراوان‌ترین ذرات موجود در کیهان، چیزهای کوچک ولی عجیبی هستند که پتانسیل بالایی برای آشکار کردن بینش‌های عمیق‌تر در مورد کیهان دارند. نوترینوها تقریبا بدون جرم هستند و باری ندارند و به سختی با ذرات دیگر تعامل دارند. آنها عمدتا در فضا جریان پیدا می‌کنند. گویی که موادغیر جسمانی هستند و به همین دلیل هم هست که آنها را ذرات اشباح می‌نامند.

پادنوترینوها همتای پادذره‌ای نوترینوها هستند. معمولا یک پاد ذره، باری مخالف با معادل ذره خود دارند. به عنوان مثال، پادذره الکترون با بار منفی، پوزیترون با بار مثبت است. از آنجا که نوترینوها باری ندارند، دانشمندان فقط می‌توانند این دو را براساس این واقعیت که یک نوترینوی الکترونی در کنار یک پوزیترون به وجود می‌آید، مطرح کنند. این درحالی است که یک پادنوترینوی الکترونی با یک الکترون ظاهر می‌شود.

بیشتر بخوانید:

پادنوترینوهای الکترونی در طی واپاشی بتا هسته‌ای، نوعی واپاشی رادیواکتیو که در آن نوترون به پروتون، الکترون و پادنوترینو تجزیه می‌شود، گسیل می‌شوند. بعد از آن، یکی از این پادنوترینوهای الکترونی می‌تواند با یک پروتون تعامل کرده و یک پوزیترون و یک نوترون تولید می‌کند که این واکنش را به نام واپاشی بتای معکوس می‌شناسند.

مخازن بزرگ و پر از مایع که با لوله‌های فوتوفزونگر پوشیده شده‌اند، برای تشخیص این نوع خاص از پوسیدگی مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها به نحوی طراحی شده‌اند که درخشش ضعیف تابش چرنکوف که توسط ذرات بارداری که سریع‌تر از حرکت نور در مایع حرکت می‌کنند را جذب می‌کنند. بنابراین آنها به نور بسیار ضعیف، خیلی حساس هستند.

پادنوترینوها در حجم‌های بسیار بالا توسط راکتورهای هسته‌ای تولید می‌شوند ولی آنها انرژی نسبتا کمی دارند و همین کار را برای تشخیص‌شان سخت خواهد کرد.

ماجرای SNO+ چیست؟

حالا وارد بحث SNO+ می‌شویم. این آزمایشگاه که ۲ کیلومتر زیر صخره‌ها قرار دارد، عمیق‌ترین آزمایشگاه زیرزمینی دنیاست. این محافظ سنگی، مانعی موثر در برابر تداخل پرتوهای کیهانی است و به دانشمندان اجازه می‌دهد تا سیگنال‌هایی با وضوح فوق‌العاده به دست بیاورند.

امروزه مخزن کروی ۷۸۰ تنی مملو از آلکیل بنزن خطی (مایعی سوسوزن که نور را تقویت می‌کند) است. در سال ۲۰۱۸ و زمانی که تاسیسات در حال کالیبره شدن بود، این مخزن با آب فوق خالص پر شد.

با بررسی ۱۹۰ روز داده‌های جمع‌آوری شده در مرحله کالیبراسیون که در سال۲۰۱۸ انجام گرفت، همکاری SNO+ شواهدی از واپاشی بتا معکوس را پیدا کرد. نوترون‌های تولید شده درطی این فرآیند، توسط یک هسته هیدروژن در آب جذب می‌شوند که به نوبه خود، ۲.۲مگا الکترون ولت ایجاد می‌کند.

دتکتور (آشکارساز)های آب چرنکوف معمولا برای تشخیص سیگنال‌های زیر ۳ مگا الکترون ولت مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما یک SNO+ پر از آب، می‌تواند تا ۱.۴ مگا الکترون ولت را تشخیص دهد. این کارآیی حدودا ۵۰ درصدی، برای تشخیص سینگال‌هایی در حدود ۲.۲ مگاالکترون ولت ایجاد می‌کند؛ بنابراین اعضای تیم فکر کردند که این ارزش آن را دارد تا شانس‌شان را برای یافتن نشانه‌هایی از واپاشی بتا معکوس امتحان کنند.

تجزیه و تحلیل سیگنال کاندید مشخص کرد که احتمالا توسط یک پادنوترینو با سطح اطمینان ۳ سیگما ، با احتمال ۹۹.۷ درصد تولید شده است.

این نتایج نشان می‌دهد که دتکتورها (آشکارسازهای) آب، می‌توانند برای نظارت بر تولید توان راکتورهای هسته‌ای مورد استفاده قرار بگیرند.

در عین حال از SNO+ برای کمک به درک بهتر نوترینوها و پادنوترینوها استفاده می‌شود. از آنجا که اندازه‌گیری مستقیم نوترینوها غیرممکن است، ما اطلاعات زیادی در مورد آنها نداریم و در این میان یکی از بزرگترین سوالات موجود این است که آیا نوترینوها و پادنوترینوها دقیقا یک ذره هستند؟ یک پوسیدگی نادر و هرگز دیده نشده، می‌تواند به این سوال پاسخ دهد. SNO+ در حال حاضر به دنبال این فروپاشی می‌گردد.

لوگان لبانوفسکی، فیزیکدانی که با SNO+ و دانشگاه کالیفرنیا، برکلی همکاری می‌کند، در ماه مارس گفته بود:« این ما را شگفت زده می‌کند که می‌توان از آب خالص برای اندازه‌گیری پادنوترینوهای راکتورها و در چنین فواصل زیادی استفاده کرد. ما تلاش زیادی را برای استخراج تعداد انگشت‌شماری سینگال از داده‌های ۱۹۰ روزه انجام دادیم که نتایج به دست آمده خوشحال کننده است.»

منبع: sciencealert

۵۸۵۸