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 wykorzystano RED-100, dwufazowy detektor emisji wypełniony ciekłym ksenonem, umieszczony w pobliżu reaktora jądrowego elektrowni jądrowej w Kalininie. Artykuł o badaniu jest dostępny na portalu preprintów arXiv.org.
Najbardziej prawdopodobnym procesem oddziaływania tych cząstek z materią w zakresie energii dochodzących do kilkudziesięciu megaelektronowoltów jest elastyczne, spójne rozpraszanie neutrin i antyneutrin na jądrach atomowych. Przekrój czynny takiego oddziaływania jest dziesiątki, a nawet setki razy większy od przekroju czynnego odwrotnego rozpadu beta. Naukowcy wiążą z tym procesem duże nadzieje, wierząc, że umożliwi on monitorowanie reaktorów jądrowych i kontrolę nierozprzestrzeniania broni jądrowej przy pomocy kompaktowych detektorów neutrin. Jednakże skala odpowiedzi detektorów na takie rozproszenie jest niezwykle mała i dzięki rozwojowi technologii udało się ją zarejestrować dopiero w 2017 roku w eksperymencie akceleratorowym, mimo że przewidziano ją już około 50 lat temu.
Niedawno pisaliśmy już, że dwa detektory ciekłego ksenonu były w stanie zaobserwować (raz, dwa razy) ten proces w przypadku neutrin słonecznych, jednak oba mają dużą masę substancji wykrywającej, rzędu kilku ton, i są umieszczone w podziemnych laboratoriach o niskim tle. Rejestracja spójnego rozpraszania antyneutrin reaktorowych jest zadaniem znacznie trudniejszym ze względu na wyższe zewnętrzne tło promieniowania. Na przykład w CONUS, jednym z najnowocześniejszych reaktorów eksperymentalnych w tej dziedzinie, nie zaobserwowano jeszcze takiego procesu.
Grupa fizyków pod przewodnictwem Aleksandra Bołozdyny (AI Bołozdynya) z Moskiewskiego Instytutu Inżynieryjno-Fizycznego uzyskała pierwsze ograniczenie tego procesu dla jąder ksenonu w przypadku antyneutrin reaktorowych. W tym celu naukowcy wykorzystali dwufazowy detektor emisji wypełniony ciekłym ksenonem o masie około 130 kilogramów w objętości czynnej. Detektor umieszczono w odległości 19 metrów od reaktora jądrowego elektrowni jądrowej w Kalininie i otoczono pasywną ochroną przed zewnętrznym promieniowaniem tła, składającą się z warstw miedzi i wody.
Aby wykryć wzrost szybkości zliczania detektorów spowodowany sygnałami antyneutrin, fizycy porównali dane zebrane w czasie włączania i wyłączania reaktora. Podczas analizy danych naukowcom udało się dodatkowo stłumić zewnętrzne tło o kilka rzędów wielkości. Nie wystarczyło to jednak do zarejestrowania różnicy w szybkości zliczania detektorów w zależności od pracy reaktora. Pozwoliło to fizykom ustalić pierwsze ograniczenie procesu elastycznego, spójnego rozpraszania antyneutrin reaktorowych na jądrach ksenonu, które okazało się 60–90 razy większe niż przewidywania Modelu Standardowego.
Naukowcy zauważają, że istnieje możliwość zarejestrowania procesu elastycznego rozpraszania antyneutrin reaktorowych za pomocą detektora RED-100, jeśli ksenon zostanie zastąpiony argonem, w którym należy spodziewać się mniejszej ilości specyficznego tła. Aby przetestować tę hipotezę, fizycy prowadzą już testy techniczne w Instytucie Fizyki i Chemii.
Naukowcy badają oddziaływania neutrin w różnych zakresach energii. Na przykład niedawno pisaliśmy, że fizycy prawdopodobnie zarejestrowali neutrina o rekordowej energii rzędu dziesiątek petaelektronowoltów.