Канадские учёные впервые наблюдали редчайшее явление — то, как солнечное нейтрино превратило редкий изотоп углерода в короткоживущий изотоп азота, на практике реализовав одну из самых низкоэнергетических реакций из возможных в природе. Это настоящая научная алхимия — когда поистине неуловимая частица производит реконструкцию атомного ядра, выполняя работу тестового пучка природного ускорителя частиц — Солнца.
Эксперимент провели учёные из коллаборации SNO+. Детектор нейтрино расположен в подземной лаборатории SNOLAB в Канаде на глубине 2 км. Толща земли над детектором отсеивает большинство других элементарных частиц, пропуская к датчику преимущественно нейтрино, для которых прозрачна не только наша планета, но даже стена из свинца толщиной в один световой год (в такой стене вероятность столкновения нейтрино с атомом свинца равна 50 %).
Для учёных было важно наблюдать солнечные нейтрино. Это довольно просто, поскольку они не такие энергичные, как атмосферные или космические нейтрино, рождённые при взрывах сверхновых и в других невероятно мощных явлениях во Вселенной. Детектор нейтрино SNOLAB — это заполненная жидким сцинтиллятором шарообразная ёмкость вместимостью примерно 800 т линейного алкилбензола. В растворе естественным образом присутствует изотоп углерод-13 (13C) — его там примерно 1,1 %. Можно только удивляться, с какой вероятностью слабо взаимодействующая частица влетит именно в атом 13C. И всё же учёные зарегистрировали несколько таких событий.
При взаимодействии с ядром 13C, состоящим из шести положительно заряженных протонов и семи нейтральных нейтронов, нейтрино выбивает из одного нейтрона электрон, превращая его в протон. Фотодатчики фиксируют это событие по слабому свечению сцинтиллятора. Такая трансмутация превращает ядро в атом изотопа азота-13 (13N) с семью протонами и шестью нейтронами. Изотоп 13N нестабилен и распадается примерно через 10 минут, испуская позитрон, что также вызывает свечение сцинтиллятора и регистрацию события. Две характерные вспышки в определённом временном интервале — это трансмутация 13C в 13N и ничто иное.
За 231 день наблюдений (с мая 2022 по июнь 2023 года) было зарегистрировано 60 событий-кандидатов. Статистический анализ показал 5,6 события, вызванных именно нейтрино, что близко к теоретически ожидаемым 4,7 случаям. Это самое низкоэнергетическое прямое измерение сечения такой реакции. Открытие подтверждает теоретические предсказания о слабых взаимодействиях нейтрино на низких энергиях и позволяет использовать солнечные нейтрино как естественный «пучок» для изучения редких ядерных процессов, продвигая фундаментальную физику ещё немного вперёд.
Больше интересных новостей на сайте 3DNews:
• Южная Корея станет первой страной, где начнёт действовать закон об ИИ
• В США изготовили первый в мире истинно трёхмерный чип с кремниевой логикой, нанотрубками и резистивной памятью
• Microsoft объявила официальные системные требования для гейминга в Windows 11