Vânătoare reușită de antineutrino

Cercetătorii japonezi, americani și chinezi au publicat rezultatele măsurătorilor în Japonia în revista Nature. Din date, se poate deduce cât material radioactiv se află în miezul Pământului. În primul pas, măsurătorile au confirmat estimările de până acum. Pe baza măsurătorilor ulterioare, mai precise, va fi, de asemenea, posibil să alegeți între modelele Pământului care diferă între ele în destul de multe detalii.

O parte semnificativă a căldurii care curge din miezul Pământului provine din decăderea elementelor radioactive de acolo. Din adâncimi aprox. 30-44 terawați (terawați = trilioane de wați) de căldură, în care contribuția radiației potasiului, uraniului și torului este estimată la 19 terawați, restul energiei în alte procese, de ex. format în timpul cristalizării. În timpul transformării elementelor radioactive menționate, se formează antineutrini de electroni, a căror cantitate a fost măsurată, din care poate fi dedusă cantitatea de substanță emitentă.

Neutrinii sunt particule neutre, foarte ușoare. Au trei specii, electron, muon și tau neutrino și, desigur, fiecare are o pereche de antiparticule. În ultimul deceniu, s-a dovedit că soiurile de neutrini sunt capabile să se transforme unul în celălalt, ceea ce a demonstrat că au deloc masă. Pot pătrunde cantități uriașe de materie, chiar și pe tot Pământul, fără interacțiune, deci sunt extrem de dificil de detectat și detectat. În detectoarele uriașe, doar o proporție neglijabilă a acestora dă un semnal despre sine.

Colectarea datelor a fost efectuată în Japonia cu detectorul KamLAND (Detector anti-neutrino Kamioka lichid-scintilator) într-o mină adâncă la un kilometru sub suprafață. Sufletul sistemului de măsurare este detectorul de scintilație de o mie de tone, cu treisprezece metri diametru. În detector, antineutrinii sunt uneori capturați de un proton, din care protonul este transformat în neutron, iar apoi acest neutron se combină cu un proton în deuteriu (hidrogen greu), care este însoțit de radiații gamma. Radiațiile gamma provoacă un fulger de lumină în apa limpede care umple jumătate din rezervorul de 50.000 de tone, o scintilație cunoscută și sub numele de detector. 11 146 tuburi foto-sensibile multiplicatoare fotoelectron așteaptă blițul și apoi apare un impuls electric la ieșirea lor. Se poate observa și din acest rezumat foarte schițat că detectarea neutrinilor este o provocare majoră pentru fizicienii experimentali.

Pe parcursul a doi ani de colectare continuă a datelor, au fost înregistrate 152 de semnale care ar fi putut proveni de la geoneutrini. După o analiză amănunțită, după numărarea tuturor evenimentelor și fenomenelor deranjante, 20-25 de evenimente au fost conduse doar înapoi la apariția geoneutrinilor. Calculând 16 terawați de putere pe baza caracteristicilor cunoscute ale proceselor de fizică nucleară, acest lucru este în acord cu estimarea de 19 terawați. Potrivirea este deosebit de bună atunci când considerăm că detectorul nu poate detecta și număra antineutrinii din descompunerea potasiului, deoarece au prea puțină energie pentru ei. Cercetătorii au stabilit, de asemenea, o limită superioară: au afirmat cu încredere de 99% că puterea de căldură din degradarea uraniului și torului nu ar putea depăși 60 de terawați.

Laboratorul KamLAND va continua să colecteze date, iar anul viitor sistemul de măsurare a neutrino al laboratorului Gran Sasso va fi operațional și în centrul Italiei. Dacă detectoarele suplimentare de neutrini încep să măsoare geoneutrinos, nu numai cantitatea de material radiant din adâncime, ci și distribuția spațială a acestuia vor fi detectabile. Până în prezent, nu avem altă modalitate exactă de a obține informații despre compoziția și structura nucleului cel mai interior al planetei noastre, procesele care au loc acolo. Trebuie să estimăm câteva zeci de neutrini care își vor încheia cariera în detectoarele noastre.