Kanada’nın Ontario eyaletinde kilometrelerce kayanın arkasına gizlenmiş en temiz su tankı, zar zor algılanabilen bir parçacık moleküllerine çarptığında parladı. Antinötrino adı verilen ve 240 kilometreden (150 mil) daha uzaktaki bir nükleer reaktörden gelen bir parçacık ilk kez suda bulundu. Bu şaşırtıcı keşif, düşük maliyetli, erişilebilir ve güvenli malzemeler kullanan nötrino deneylerine ve izleme cihazlarına kapı açıyor.
Nötrinolar, evrendeki en yaygın parçacıklardan bazıları oldukları için evren hakkında daha derin bilgiler verme potansiyeline sahip tuhaf küçük parçacıklardır.
Ne yazık ki, neredeyse hiç kütleleri, yükleri ve diğer parçacıklarla neredeyse hiç etkileşimleri yoktur. Çoğunluğu, sanki tüm madde ruhaniymiş gibi kaya ve uzayda benzer şekilde akar. Onlara hayalet parçacıklar denmesinin bir nedeni vardır.
Nötrinoların antiparçacık eşdeğeri bir antinötrinodur. Bir antiparçacık genellikle parçacık eşdeğerinin zıt yüküne sahiptir; örneğin pozitif yüklü pozitron negatif yüklü elektronun antiparçacığıdır. Nötrinoların yükleri yoktur, bu nedenle bilim insanlarının bu ikisi arasında ayrım yapabilmelerinin tek yolu, bir elektron nötrinosunun bir pozitronla birlikte ortaya çıkarken, bir elektron antinötrinosunun bir elektronla birlikte ortaya çıkmasıdır.
Bir nötronun bir protona, bir elektrona ve bir antinötrinoya bozunduğu bir radyoaktif bozunma biçimi olan nükleer beta bozunması, elektron antinötrinolarının yayılmasıyla sonuçlanır. Ters beta bozunumu, bu elektron antinötrinolarından birinin bir pozitron ve bir nötron oluşturmak üzere bir protonla etkileşime girdiği süreçtir.
Bu özel bozunma türü, içine foto çoğaltıcı tüpler yerleştirilmiş büyük, sıvı dolu tanklar kullanılarak bulunur. Bu tüpler, ses bariyerinin aşılmasıyla ortaya çıkan sonik patlamayı ya da sıvı içinde ışığın hareket edebileceğinden daha hızlı hareket eden yüklü parçacıkların ürettiği Cherenkov radyasyonunun soluk parıltısını kaydetmek için yapılmıştır. Bu nedenle çok loş ışığa karşı son derece duyarlıdırlar.
Nükleer reaktörler muazzam miktarlarda antinötrino üretir, ancak düşük enerjileri nedeniyle bunları tespit etmek zordur.
SNO+ Dünyanın en derin yeraltı laboratuvarıdır ve 1,24 mil (2 kilometre) granitin altına gizlenmiştir. Bu kaya kalkanı kozmik ışın parazitlerine karşı güçlü bir bariyer görevi görerek araştırmacıların olağanüstü çözünürlükte sinyaller toplamasını sağlıyor.
Ek olarak biraz bilgi verelim.
SNO+ deneyi, SNOLAB’da bulunan çok amaçlı bir parçacık astrofizik detektörüdür. SNO+, nötrino fiziğine ve nötrinosuz çift beta bozunmasına odaklanan kapsamlı bir bilimsel programa sahiptir.
Yazımıza tekrardan devam edersek;
Laboratuvarın ışığı güçlendiren 780 tonluk küresel tankı artık lineer alkilbenzen ile dolu. Tesis 2018 yılında kalibre edilirken ultra saf su ile doldurulmuştu.
SNO+ işbirliği, 2018’deki kalibrasyon aşaması sırasında toplanan 190 günlük verileri inceledikten sonra ters beta bozunmasına dair kanıtlar keşfetti. Sudaki bir hidrojen çekirdeği bu süreç sırasında oluşan nötronu emerek 2,2 megaelektronvolt gibi çok özel bir enerji seviyesinde hassas bir ışık patlamasının ortaya çıkmasına neden oluyor.
Su dolu bir SNO+, 1,4 megaelektronvolt kadar düşük sinyalleri tespit edebilirken, çoğu su Cherenkov dedektörü 3 megaelektronvoltun altındaki sinyalleri almakta zorlanmaktadır. 2,2 megaelektronvoltluk sinyaller yaklaşık %50’lik bir verimlilikle tespit edilebildiğinden, araştırmacılar ters beta bozunmasına dair kanıt bulmaya çalışmanın faydalı olacağına karar verdiler.
Potansiyel bir sinyal üzerinde yapılan bir çalışma, sinyalin büyük olasılıkla bir antinötrino tarafından üretildiğine dair 3 sigma güven düzeyi ya da yüzde 99,7’lik bir olasılık ortaya koymuştur.
Sonuç, nükleer reaktör güç çıkışının su dedektörleri kullanılarak izlenebileceğini göstermektedir.
Bu süreç devam ederken, SNO+ nötrinolar ve antinötrinolar hakkında daha fazla bilgi edinmek için kullanılıyor. Nötrinolar hakkında çok fazla şey bilmiyoruz çünkü doğrudan ölçülemiyorlar. Nötrinoların ve antinötrinoların aynı parçacık olup olmadığı cevaplanmamış en önemli gizemlerden biridir. Bu soru, daha önce hiç görülmemiş nadir bir bozulma ile yanıtlanacaktır. Şu anda SNO+ bu bozunmayı araştırıyor.
Berkeley’deki Kaliforniya Üniversitesi SNO+ grubundan fizikçi Logan Lebanowski, “Saf suyun reaktörlerden ve bu kadar uzak mesafelerden gelen antinötrinoları ölçmek için kullanılabilmesi ilgimizi çekiyor” dedi.
“Birkaç işaret bulmak amacıyla 190 günlük veriyi elemek için çok çalıştık. Sonuç sevindirici.
Kaynak: Physical Review Letters
