Rosyjscy fizycy wykazali, że elastyczne, spójne rozpraszanie antyneutrin reaktorowych na jądrach ksenonu nie może przekraczać przewidywań Modelu Standardowego o więcej niż 60–90 razy. W tym celu wykorzystali RED-100, dwufazowy detektor emisji wypełniony ciekłym ksenonem, zlokalizowany w pobliżu reaktora jądrowego elektrowni jądrowej Kalinin. Artykuł opisujący te badania jest dostępny na portalu preprintów arXiv.org.
Elastyczne, spójne rozpraszanie neutrin i antyneutrin przez jądra atomowe jest najbardziej prawdopodobnym rodzajem oddziaływania tych cząstek z materią przy energiach dochodzących do kilkudziesięciu megaelektronowoltów. Przekrój czynny dla tego oddziaływania jest dziesiątki, a nawet setki razy większy niż przekrój czynny dla odwrotnego rozpadu beta. Dlatego naukowcy pokładają w tym procesie duże nadzieje, wierząc, że umożliwi on monitorowanie reaktorów jądrowych i nierozprzestrzeniania broni jądrowej za pomocą kompaktowych detektorów neutrin. Jednak reakcja detektora na to rozpraszanie jest niezwykle mała i dzięki postępowi technologicznemu zostało ono wykryte dopiero w eksperymencie akceleratorowym w 2017 roku, mimo że przewidywano je prawie 50 lat temu.
Niedawno donieśliśmy, że dwa detektory ciekłego ksenonu były w stanie wykryć (raz, dwa razy) ten proces w przypadku neutrin słonecznych, ale oba charakteryzują się dużą masą materiału detektora, rzędu kilku ton, i znajdują się w podziemnych laboratoriach o niskim tle promieniowania. Wykrycie spójnego rozpraszania antyneutrin reaktorowych jest znacznie trudniejszym zadaniem ze względu na wyższe zewnętrzne promieniowanie tła. Na przykład, CONUS – jeden z najbardziej zaawansowanych eksperymentów reaktorowych w tej dziedzinie – nie wykrył jeszcze tego procesu.
Zespół fizyków pod kierownictwem Aleksandra Bołozdyna z Moskiewskiego Instytutu Fizyki Inżynieryjnej (MPI) uzyskał pierwsze ograniczenie tego procesu dla jąder ksenonu w antyneutrinach reaktorowych. W tym celu naukowcy wykorzystali dwufazowy detektor emisji wypełniony ciekłym ksenonem o masie około 130 kilogramów w objętości czynnej. Detektor znajdował się 19 metrów od reaktora jądrowego Elektrowni Jądrowej Kalinin i był otoczony pasywną osłoną przed zewnętrznym promieniowaniem tła, składającą się z warstw miedzi i wody.
Aby wykryć nadmierną częstość zliczania detektorów spowodowaną sygnałami antyneutrin, fizycy porównali dane zebrane w okresach pracy i wyłączenia reaktora. Podczas analizy danych naukowcy zdołali stłumić zewnętrzne tło o kilka rzędów wielkości. Nie wystarczyło to jednak do wykrycia różnic w częstości zliczania detektorów w zależności od pracy reaktora. Pozwoliło to jednak fizykom na ustalenie pierwszego ograniczenia na elastyczne, spójne rozpraszanie antyneutrin reaktorowych na jądrach ksenonu, które okazało się 60-90 razy większe niż przewidywane w Modelu Standardowym.
Naukowcy zauważają, że możliwe jest wykrycie elastycznego rozpraszania antyneutrin reaktorowych za pomocą detektora RED-100, jeśli ksenon zostanie zastąpiony argonem, który powinien charakteryzować się niższym poziomem promieniowania tła. Aby przetestować tę hipotezę, fizycy prowadzą już testy techniczne w MEPhI.
Naukowcy badają interakcje neutrin w różnych zakresach energii. Na przykład, niedawno donieśliśmy, że fizycy prawdopodobnie wykryli neutrino o rekordowej energii dziesiątek petaelektronowoltów.
