Как превратить углерод в азот с помощью Солнца? Ответ нашли в лаборатории на глубине двух километров
Пять событий за год — это успех. Как работает терпение (и детекторы) в современной науке.
В подземной лаборатории SNOLAB зафиксировано явление, которое долгое время оставалось лишь теоретическим. Международная команда впервые получила прямые признаки того, что солнечные нейтрино способны превращать изотоп углерода в азот, и тем самым продвинулась в понимании того, как частицы низких энергий взаимодействуют с материей. Результат стал возможен благодаря продолжительному наблюдению и глубокому экранированию установки, позволившему устранить шумы, которые обычно маскируют столь слабые сигналы.
В работе использовался детектор SNO+, размещённый на глубине около двух километров в действующей шахте в городе Садбери, Канада. Укрытие снижает влияние космических частиц и создаёт условия, при которых вспышки от редких столкновений атомных ядер с нейтрино становятся различимыми.
За более чем год регистрации данных зафиксированы едва заметные последовательные вспышки, возникающие при попадании солнечных нейтрино в ядра углерода-13, содержащегося в жидком сцинтилляторе. В результате удара углерод превращается в азот-13, а тот спустя несколько минут распадается, создавая вторую вспышку. Такая связанная пара сигналов служит надёжным признаком истинного события.
Анализ за период с мая 2022 года по июнь 2023 года выявил 5,6 события, совпадающих с расчётными ожиданиями. Руководитель работы Галливер Милтон из Оксфорда отметил, что столь редкая реакция стала доступной наблюдению благодаря сочетанию чувствительной аппаратуры и естественного содержания углерода-13 в рабочей среде.
Соавтор исследования, профессор Стивен Биллер, напомнил, что предшествующая установка SNO заложила основу нынешнему результату, впервые показав переходы нейтрино между типами и приведя коллектив к Нобелевской премии 2015 года. Новые данные позволяют использовать солнечные нейтрино как своеобразный инструмент для изучения труднодоступных ядерных процессов.
Представительница SNOLAB Кристина Краус подчеркнула, что наблюдение стало самым низкоэнергетичным для взаимодействий нейтрино с углеродом-13 и впервые дало прямую оценку вероятности такой реакции.
Полученный результат открывает путь к более детальному изучению редких процессов с участием нейтрино и поможет формировать подходы к созданию будущих детекторов. Работа опубликована в журнале «Physical Review Letters».