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 na temat badania 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 na takie oddziaływanie jest dziesiątki, a nawet setki razy większy niż przekrój czynny na odwrotny rozpad beta. Dlatego naukowcy wiążą z tym procesem duże nadzieje, wierząc, że umożliwi on monitorowanie reaktorów jądrowych i kontrolę nad nierozprzestrzenianiem broni jądrowej za pomocą kompaktowych detektorów neutrin. Jednak skala reakcji 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 to około 50 lat temu.
Pisaliśmy już niedawno, że dwa detektory ciekłego ksenonu były w stanie zaobserwować (raz, dwa razy) ten proces w przypadku neutrin słonecznych, jednak oba charakteryzują się dużą masą substancji wykrywającej, rzędu kilku ton, i znajdują się w podziemnych laboratoriach o niskim tle promieniowania. Rejestracja spójnego rozpraszania antyneutrin reaktorowych jest znacznie trudniejsza ze względu na wyższe zewnętrzne promieniowanie tła. Na przykład CONUS, jeden z najnowocześniejszych eksperymentów reaktorowych w tej dziedzinie, nie zaobserwował jeszcze tego procesu.
Grupa fizyków pod kierownictwem Aleksandra Bołozdyny (AI Bołozdynya) z Moskiewskiego Instytutu Inżynierii i Fizyki uzyskała 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 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 podczas okresów wyłączenia i włączenia 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 przewidywano w Modelu Standardowym.
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 tła specyficznego. Aby przetestować tę hipotezę, fizycy prowadzą już testy techniczne w MYPHI.
Naukowcy badają oddziaływania neutrin w różnych zakresach energii. Na przykład, niedawno pisaliśmy, że fizycy prawdopodobnie zarejestrowali neutrina o rekordowej energii rzędu dziesiątek petaelektronowoltów.
