Rosyjscy fizycy wykazali, że elastyczne spójne rozpraszanie antyneutrin reaktorowych na jądrach ksenonu nie może przekroczyć przewidywań Modelu Standardowego o więcej niż 60–90 razy. W tym celu wykorzystali RED-100, dwufazowy detektor emisji wypełniony ciekłym ksenonem, znajdujący się w pobliżu reaktora jądrowego elektrowni jądrowej Kalinin. Artykuł o badaniu jest dostępny na portalu preprintów 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 czynny takiego oddziaływania jest dziesiątki, a nawet setki razy większy niż przekrój czynny odwrotnego rozpadu beta. Dlatego naukowcy wiążą z tym procesem duże nadzieje, wierząc, że pozwoli on na monitorowanie reaktorów jądrowych i kontrolę nad nierozprzestrzenianiem broni jądrowej za pomocą kompaktowych detektorów neutrin. Jednak skala odpowiedzi detektorów na takie rozpraszanie jest niezwykle mała i dzięki rozwojowi technologii udało się ją zarejestrować dopiero w 2017 roku w eksperymencie akceleratorowym, mimo że przewidziano ją około 50 lat temu.
Już niedawno pisaliśmy, że dwa detektory ciekłego ksenonu były w stanie zobaczyć (raz, dwa razy) ten proces z neutrin słonecznych, jednak oba z nich mają dużą masę substancji wykrywającej, rzędu kilku ton, i są umieszczone w podziemnych laboratoriach o niskim tle. Rejestracja spójnego rozpraszania antyneutrin reaktorowych jest znacznie trudniejszym zadaniem ze względu na wyższe zewnętrzne tło promieniowania. Na przykład CONUS, jeden z najbardziej zaawansowanych eksperymentów reaktorowych w tej dziedzinie, jeszcze nie widział tego procesu.
Grupa fizyków pod przewodnictwem Aleksandra Bołozdyny (AI Bołozdynya) z Moskiewskiego Instytutu Inżynierii i Fizyki uzyskała pierwsze ograniczenie tego procesu na jądrach ksenonu dla antyneutrin 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 ochroną przed zewnętrznym tłem promieniowania, składającą się z warstw miedzi i wody.
Aby wykryć wzrost szybkości zliczania detektorów spowodowany sygnałami antyneutrin, fizycy porównali dane zebrane podczas okresów 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 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 zarejestrowania procesu elastycznego rozpraszania antyneutrin reaktorowych za pomocą detektora RED-100, jeśli ksenon zostanie zastąpiony argonem, w którym spodziewana jest mniejsza ilość specyficznego tła. Aby przetestować tę hipotezę, fizycy już przeprowadzają testy techniczne w MYPHI.
Naukowcy badają oddziaływania neutrin w różnych zakresach energii. Na przykład niedawno pisaliśmy, że fizycy prawdopodobnie zarejestrowali neutrina o rekordowej energii dziesiątek petaelektronowoltów.