РЭД-100 пока не увидел когерентного рассеяния реакторных антинейтрино на ядрах ксенона

Российские физики показали, что упругое когерентное рассеяние реакторных антинейтрино на ядрах ксенона не может превосходить предсказание Стандартной Модели более чем в 60–90 раз. Для этого они использовали РЭД-100 — двухфазный эмиссионный детектор, заполненный жидким ксеноном, расположенный вблизи ядерного реактора Калининской атомной электростанции. Статья об исследовании доступна на портале препринтов arXiv.org.

Упругое когерентное рассеяние нейтрино и антинейтрино на ядрах атомов — это наиболее вероятный процесс взаимодействия этих частиц с веществом в области энергий до нескольких десятков мегаэлектронвольт. Сечение такого взаимодействия в десятки и даже сотни раз превосходит сечение обратного бета-распада. Поэтому ученые возлагают большие надежды на этот процесс, полагая, что он позволит производить мониторинг ядерных реакторов и контроль за нераспространением ядерного вооружения при помощи компактных нейтринных детекторов. Однако величина отклика детекторов на такое рассеяние крайне мала, и зарегистрировать его удалось благодаря развитию технологий лишь в 2017 году в ускорительном эксперименте, несмотря на то, что предсказан он был около 50 лет назад.

Мы уже писали недавно, что два детектора на жидком ксеноне смогли увидеть (раз, два) этот процесс от солнечных нейтрино, однако оба они обладают большой массой детектирующего вещества, порядка нескольких тонн, и расположены в низкофоновых подземных лабораториях. Регистрация когерентного рассеяния реакторных антинейтрино — гораздо более сложная задача из-за более высокого внешнего радиационного фона. Например, CONUS — один из самых передовых реакторных экспериментов в этой области — до сих пор не увидел этот процесс.

Группа физиков под руководством Александра Болоздыни (A.I. Bolozdynya) из Московского инженерно-физического института получила первое ограничение этого процесса на ядрах ксенона для реакторных антинейтрино. Для этого ученые использовали двухфазный эмиссионный детектор, заполненный жидким ксеноном с массой около 130 килограммов в активном объеме. Детектор располагался в 19 метрах от ядерного реактора Калининской атомной электростанции и был окружен пассивной защитой от внешнего радиационного фона, состоящей из слоев меди и воды.

Чтобы обнаружить превышение скорости счета детектора, вызванное сигналами от антинейтрино, физики сравнили данные, набранные в периоды выключенного и включенного реактора. В ходе анализа данных ученым удалось дополнительно подавить внешний фон на несколько порядков. Однако этого оказалось недостаточно, чтобы зарегистрировать разницу в скоростях счета детектора в зависимости от работы реактора. Зато это позволило физикам установить первое ограничение на процесс упругого когерентного рассеяния реакторных антинейтрино на ядрах ксенона, которое оказалось в 60-90 раз больше предсказания Стандартной Модели.

Ученые отмечают, что существует возможность зарегистрировать процесс упругого рассеяния реакторных антинейтрино при помощи детектора РЭД-100, если заменить ксенон на аргон, в котором ожидается меньшее количество специфического фона. Чтобы проверить эту гипотезу, физики уже проводят технические испытания в МИФИ.

Ученые исследуют взаимодействия нейтрино в различных диапазонах по энергии. Например, недавно мы писали, что физики вероятно зарегистрировали нейтрино с рекордной энергией в десятки петаэлектронвольт.