Un detector SNO+ a una profundidad de 2 km en una mina en Ontario, Canadá. La imagen muestra las cuerdas que contienen un cuenco acrílico de 12 metros de diámetro lleno de 1.000 toneladas de agua y sensores de luz que detectan pequeñas cantidades de luz de las interacciones de los neutrinos. Crédito: Imagen cortesía de SNO + Collaboration
Por primera vez, el experimento SNO+ demostró la capacidad de detectar neutrinos emitidos por un reactor nuclear ubicado a más de 240 km de distancia utilizando agua corriente.
Ciencia
Los neutrinos son partículas subatómicas que interactúan muy débilmente con la materia. Surgen de varios tipos de desintegración radiactiva, como las que ocurren dentro del núcleo del Sol y en los reactores nucleares. Además, es imposible bloquear los neutrinos; Pueden viajar fácilmente desde el núcleo de un reactor nuclear hasta un detector remoto e incluso penetrar en la Tierra misma.
Por lo tanto, para capturar pequeñas señales de neutrinos, se requieren dispositivos de enorme tamaño y alta sensibilidad. El experimento SNO+ mostró recientemente que solo un detector lleno de agua es capaz de detectar neutrinos del reactor, a pesar de que los neutrinos solo crean pequeñas señales en el detector.
La influencia
La medición SNO+ muestra que los reactores nucleares remotos se pueden observar y monitorear con algo tan simple y económico como el agua. Los reactores no pueden proteger los neutrinos que producen. Esto significa que la medición de SNO+ es una prueba de la idea de que estos detectores de agua podrían desempeñar un papel para garantizar la no proliferación nuclear.
Al igual que SNO+, estos detectores deben estar muy limpios de radiactividad, ser grandes (SNO+ contiene 1000 toneladas de agua) y ser capaces de detectar la diminuta cantidad de luz que producen los neutrinos. Sin embargo, el uso de agua significa que son posibles detectores muy grandes y una opción real para «ver» incluso reactores muy distantes.
resumen
Los científicos han creído durante mucho tiempo que las señales sutiles (solo 10-20 fotones) generadas por los neutrinos del reactor en un detector de agua harían que estos neutrinos fueran imposibles de detectar, especialmente cuando el detector estaba lejos del reactor y la tasa de estas señales era muy baja.
Al asegurarse de que el detector estuviera limpio incluso de pequeñas cantidades de radiactividad, y al tener un umbral de potencia más bajo que cualquier detector de agua jamás construido, SNO+ pudo ver estas señales y demostrar que provenían de reactores nucleares a una distancia de al menos 240 kilómetros (150 kilómetros de distancia. La medición seguía siendo muy difícil, porque era necesario identificar y eliminar los fondos (eventos falsos) de la radiactividad residual y de los neutrinos creados en la atmósfera por los rayos cósmicos.
Los detectores de agua tienen muchas ventajas. Son económicos y pueden ser bastante grandes, lo que los hace útiles para monitorear reactores a través de fronteras internacionales. Otra colaboración está probando mejoras a este monitoreo, incluido el uso de centelleadores líquidos a base de agua o agua «cargada» con gadolinio, los cuales mejorarían la magnitud de la señal.
Referencia: “Evidencia de antineutrinos de reactores remotos usando agua pura en SNO+” por A. Allega et al. (The SNO + Collaboration), 1 de marzo de 2023, disponible aquí. DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.091801
This work is from the SNO+ Collaboration, an international collaboration of roughly 100 scientists from the United States (the University of Pennsylvania, the University of California at Berkeley and Lawrence Berkeley National Laboratory, the University of California at Davis, Brookhaven National Laboratory, Boston University, and the University of Chicago), Canada, the United Kingdom, Portugal, Germany, China, and Mexico. SNO+ is located in SNOLAB, the Canadian underground laboratory.
SNO+ is funded by the Department of Energy Office of Science, Office of Nuclear Physics and has received funding from the National Science Foundation and the Department of Energy National Nuclear Security Administration through the Nuclear Science and Security program. Funding in Canada comes from Canada Foundation for Innovation, Natural Sciences and Engineering Research Council, Canada Institute for Advanced Research, Queens University, the Ontario Ministry of Research, Innovation and Science, the Alberta Science and Research Investments Program, the Federal Economic Development Initiative for Northern Ontario, and the Ontario Early Researcher Awards. In the United Kingdom, funding has come from the Science and Technology Facilities Council, the European Union’s Seventh Framework Programme under the European Research Council grant agreement, and the Marie Curie grant agreement. Funding has also come from the Fundaçáo para a Ciência e a Tecnologia (FCT-Portugal), the Deutsche Forschungsgemeinschaf in Germany, DGAPA-UNAM and Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología in Mexico, and Discipline Construction Fund of Shandong University in China.
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