Rosyjscy fizycy wykazali, że elastyczne, spójne rozpraszanie antyneutrin reaktorowych na jądrach ksenonu nie może przekroczyć przewidywań Modelu Standardowego więcej niż 60–90 razy. Wykorzystali do tego RED-100, dwufazowy detektor emisji wypełniony ciekłym ksenonem, znajdujący się w pobliżu reaktora jądrowego Elektrowni Jądrowej Kalinin. Artykuł o badaniu dostępny jest na portalu preprint arXiv.org.
Elastyczne, spójne rozpraszanie neutrin i antyneutrin na jądrach atomów jest najbardziej prawdopodobnym procesem oddziaływania tych cząstek z materią w zakresie energii do kilkudziesięciu megaelektronowoltów. Przekrój takiego oddziaływania jest dziesiątki, a nawet setki razy większy niż przekrój odwrotnego rozpadu beta. Dlatego naukowcy wiążą z tym procesem duże nadzieje, wierząc, że umożliwi on monitorowanie reaktorów jądrowych i kontrolę nad nieproliferacją broni jądrowej za pomocą kompaktowych detektorów neutrin. Jednak wielkość odpowiedzi detektorów na takie rozproszenie jest niezwykle mała i dzięki rozwojowi technologii udało się ją zarejestrować dopiero w 2017 roku w eksperymencie akceleracyjnym, mimo że przewidywano to około 50 lat temu.
Pisaliśmy już niedawno, że dwa detektory ciekłego ksenonu były w stanie zaobserwować (raz, dwa) ten proces z neutrin słonecznych, przy czym oba posiadają dużą masę substancji wykrywającej, rzędu kilku ton i zlokalizowane są w nisko- podziemne laboratoria w tle. Rejestracja spójnego rozpraszania antyneutrin reaktorowych jest zadaniem znacznie trudniejszym ze względu na wyższe tło promieniowania zewnętrznego. Na przykład CONUS, jeden z najbardziej zaawansowanych eksperymentów reaktorowych w tej dziedzinie, nie zaobserwował jeszcze tego procesu.
Grupa fizyków pod przewodnictwem Aleksandra Bołozdyny (AI Bolozdynya) z Moskiewskiego Instytutu Inżynierii i Fizyki uzyskała pierwsze ograniczenie tego procesu na jądrach ksenonu dla antyneutrin reaktorowych. Naukowcy wykorzystali do tego 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 bierną ochroną przed zewnętrznym tłem promieniowania, składającą się z warstw miedzi i wody.
Aby wykryć wzrost prędkości zliczania detektora spowodowany sygnałami antyneutrin, fizycy porównali dane zebrane w okresach wyłączenia i włączenia reaktora. Podczas analizy danych naukowcom udało się dodatkowo stłumić tło zewnętrzne o kilka rzędów wielkości. Jednak to nie wystarczyło, aby zarejestrować różnicę w szybkości zliczania detektorów w zależności od pracy reaktora. Pozwoliło to jednak 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 rejestracji procesu elastycznego rozpraszania antyneutrin reaktorowych za pomocą detektora RED-100, jeśli ksenon zastąpi się argonem, w którym spodziewana jest mniejsza ilość określonego tła. Aby sprawdzić tę hipotezę, fizycy prowadzą już badania techniczne w Instytucie Fizyki i Chemii.
Naukowcy badają interakcje neutrin w różnych zakresach energii. Na przykład niedawno pisaliśmy, że fizycy prawdopodobnie zarejestrowali neutrina o rekordowej energii kilkudziesięciu petaelektronowoltów.