Вперше в історії науковці зафіксували рідкісну ядерну реакцію у лабораторних умовах

Науковці вперше зафіксували, як сонячні нейтрино перетворюють ізотоп вуглецю-13 на азот-13 — надзвичайно рідкісну ядерну реакцію, що відбувається глибоко під землею. Відкриття зробили у підземній лабораторії SNOLAB у Канаді, розташованій на глибині двох кілометрів у товщі земної кори.

За словами фізикині Крістін Краус із SNOLAB, уперше вдалося спостерігати реакцію, коли нейтрино, частинка майже без маси та електричного заряду, взаємодіє з ядром вуглецю-13, перетворюючи його на азот-13. «Це найнижча за енергією взаємодія нейтрино з ядром вуглецю, яку будь-коли спостерігали, і перше пряме вимірювання такої реакції до основного стану ядра азоту-13», — зазначила дослідниця.

Експеримент тривав із травня 2022 до червня 2023 року. Команда під керівництвом фізика Гуллівера Мілтона з Оксфордського університету проаналізувала дані, зафіксовані в детекторі SNO+. Коли сонячне електронне нейтрино стикається з ядром вуглецю-13, одне з нейтронів у ядрі перетворюється на протон, випромінюючи електрон. Таким чином атом вуглецю стає азотом-13 — радіоактивним ізотопом, який через близько 10 хвилин розпадається, випромінюючи позитрон.

Ця послідовність — спалах електрона, а потім позитрона через десять хвилин — створює характерний «подвійний сигнал», що дозволяє точно визначити факт перетворення. За 231 день спостережень дослідники виявили 60 потенційних подій, з яких статистично підтверджено близько 5,6 реакції — майже стільки, скільки прогнозували теоретично.

«Фіксація цієї взаємодії — надзвичайне досягнення”, — сказав Мілтон. — “Ми побачили, як нейтрино, народжені в ядрі Сонця, після подолання величезних відстаней змінили речовину у нашому детекторі».

Результати, опубліковані в журналі Phys­i­cal Review Let­ters, не лише підтверджують теоретичні розрахунки, а й дають нове вимірювання ймовірності цієї низькоенергетичної реакції. На думку співавтора дослідження Стівена Біллера з Оксфорда, досягнення знаменує новий етап у фізиці нейтрино: «Ми вперше можемо використовувати сонячні нейтрино як своєрідний “тестовий промінь”, щоб вивчати інші рідкісні атомні реакції».