Ученые впервые зафиксировали превращение углерода в азот под воздействием солнечных нейтрино
Международная группа исследователей впервые в истории зарегистрировала редчайшее взаимодействие солнечных нейтрино с ядрами углерода, в результате которого происходит превращение атома в атом другого элемента. Это открытие, сделанное в ходе эксперимента SNO+, стало важным шагом в понимании поведения низкоэнергетических нейтрино внутри вещества.
Детектор SNO+ расположен в Канаде, на глубине двух километров в действующей шахте в Садбери. Такое подземное расположение надежно защищает сверхчувствительную установку от космических лучей и фонового шума, что позволило ученым выделить крайне слабые сигналы от взаимодействия нейтрино с атомными ядрами. Нейтрино, рождающиеся в ядерных реакциях в недрах Солнца, являются одними из самых неуловимых частиц во Вселенной, триллионы которых ежесекундно беспрепятственно проходят через любое вещество, включая человеческое тело.
В своем исследовании команда, возглавляемая специалистами из Оксфордского университета, сосредоточилась на взаимодействии нейтрино с изотопом углерод-13, который в небольшом количестве присутствует в жидком сцинтилляторе детектора. Когда высокоэнергетическое солнечное нейтрино сталкивается с ядром углерода-13, оно может превратить его в ядро азота-13. Вновь образовавшееся ядро нестабильно и распадается примерно через десять минут.
Для фиксации этого процесса ученые использовали метод отсроченного совпадения. Они искали пару световых вспышек: первую — в момент удара нейтрино, и вторую — спустя несколько минут, в момент распада азота-13. Такой парный паттерн позволил отличить истинные события от фоновых сигналов. За 231 день наблюдений с мая 2022 по июнь 2023 год исследователи идентифицировали 5,6 подобных событий, что хорошо согласуется с теоретически ожидаемыми 4,7 событиями.
Как отметил ведущий автор исследования, аспирант Оксфорда Гулливер Милтон, обнаружение этого взаимодействия является выдающимся достижением. Несмотря на редкость изотопа углерода-13, ученым удалось наблюдать его реакцию с нейтрино, которые родились в ядре Солнца и преодолели огромные расстояния до детектора. Соавтор работы, профессор Стивен Биллер, добавил, что понимание солнечных нейтрино, изучение которых принесло Нобелевскую премию по физике 2015 года предшественнику SNO+, углубилось настолько, что теперь эти частицы можно использовать как «тестовый пучок» для исследования редких атомных реакций.
Полученный результат предоставляет первое прямое измерение сечения для этой конкретной ядерной реакции. Ученые полагают, что это достижение открывает новые возможности для изучения редких взаимодействий нейтрино и может повлиять на конструкцию будущих детекторов, помогая раскрыть роль этих «призрачных» частиц в ядерных процессах и эволюции Вселенной.
Исследование в журнале Physical Review Letters.